1 Wrocław, 27 grudnia 2011 r. dr hab. inż. Włodzimierz Salejda, prof. nadzw. PWr Recenzja rozprawy habilitacyjnej dra inż. Tomasza Czyszanowskiego będącej cyklem publikacji dotyczących badań wpływu obecności kryształów fotonicznych w strukturach laserów typu VCSEL na ich parametry fizyczne. 1 Wprowadzenie Wiedza i technologie to dwa podstawowe czynniki, od których w najwyższej mierze zależy postęp cywilizacyjny. W procesie tym istotną rolę odgrywają osiągnięcia fizyki, w szczególności tzw. kroki milowe związane z oddziaływaniem pola elektromagnetycznego z materią. W drugiej połowie XIX wieku Gustaw Kirchhoff odkrywa prawo promieniowania termicznego 1 i stwierdza, że jego teoretyczne interpretacja będzie wyzwaniem dla fizyki XX wieku. W 1900 r. Max Planck podaje (zgaduje) poprawną postać spektralnej zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego, co jest powszechnie uznawane za początek fizyki kwantowej. W 1916 r. Albert Einstein wprowadza pojęcie emisji wymuszonej. W latach 50. ubiegłego wieku kwantową teorię oddziaływania światła z materią rozwijają Charles Townes i Arthur Schawlow. Wynikiem ich prac jest skonstruowanie w 1951 r. kwantowych generatorów koherentnego promieniowania elektromagnetycznego zwanych maserami. Charles Townes oraz Nikołaj Basow i Aleksander Prochorow otrzymują nagrodę Nobla z fizyki w 1964 r. za fundamentalne prace w dziedzinie kwantowej elektroniki, dzięki którym możliwe było skonstruowanie źródeł i wzmacniaczy promieniowania opartych o zasadę działania maserów i laserów. Pierwszy laser konstruuje Theodor Maiman w 1960 r. Na przełomie lat 50. i 60. oraz na początku lat 60. XX wieku Żores Ałfiorow i Herbert Kroemer opracowują z 20. letnim wyprzedzeniem w stosunku do możliwości technologicznych podstawy fizyczne działania laserów półprzewodnikowych opartych o heterostruktury półprzewodnikowe. Ich koncepcje zostają zrealizowane po wynalezieniu i udoskonaleniu metod epitaksji z wiązek molekularnej w latach 80. XX wieku. W roku 2000 otrzymują wspólnie z Jackem Kilby nagrodę Nobla za rozwinięcie technologii heterostruktur półprzewodnikowych, wykorzystywanych w technice bardzo wysokich częstotliwości i optoelektronice. W drugiej połowie lat 60. Charles Kao i George Hockham, pracownicy Standard Telecommunications Laboratories, proponują zastosowanie światłowodów kwarcowych do transmisji światła. W 2009 r. Charles Kao otrzymuje nagrodę Nobla za przełomowe osiągnięcia dotyczące transmisji sygnałów świetlnych w światłowodach stosowanych w optycznych układach przekazywania danych. Laser działający na fali ciągłej w temperaturze pokojowej na heterezłączu GaAs GaAlAs uruchamia w 1970 roku wraz ze współpracownikami Żores Ałfiorow. Skonstruowanie laserów półprzewodnikowych, ich masowa produkacja oraz postęp w zakresie redukcji strat w układach światłowodowych, umożliwiły w latach 80. XX w. budowę i rozwój światłowodowych systemów telekomunikacyjnych obejmujących swym zasięgiem całą kulę ziemską 2. 1 W ustalonej temperaturze stosunek zdolności emisyjnej ciała do jego zdolności absorpcyjnej jest uniwersalną funkcją, taką samą dla wszystkich ciał. 2 W Polsce ten typ telefonii I generacji (1G) wprowadziła i uruchomiła firma Centertel w 1991 r. opartych na fali o długości 0,85 µm. W drugiej połowie lat 70. XX wieku opracowano nowe źródła światła laserowego wykorzystujące związek poczwórny InGaAsP, które emitowały falę o długości 1,3 µm oraz światłowody dla tej długości fali o małej tłumienności. Dzięki temu od lat 90. ubiegłego wieku budowane i szeroko używane są światłowodowe linie telekomunikacyjne II generacji (2G, GSM) pracujące na długości fali 1,3 µm. W Polsce ten typ telefonii, dzięki działalności firmy PTC, funkcjonuje od 1996 r. Obecnie trwają prace technologiczne nad uruchomieniem światłowodowych linii telekomunikacyjnych III generacji (3G; UMTS akronim od Universal Mobile Telecommunications System) i IV (4G,
2 Podstawowym elementem sieci światłowodowej jest laser półprzewodnikowych emitujący fale o długości 0,85 µm, 1,31 µm lub 1,55 µm, które leżą w obszarach tzw. pierwszego, drugiego i trzeciego okna optycznego światłowodów kwarcowych. Pierwsze lasery półprzewodnikowe promieniowały koherentne fale elektromagnetyczne w kierunku równoległym do płaszczyzny złącza 3 p-n. Na przełomie lat 70. i 80. XX wieku wyzwaniem teoretycznym i technologicznym było skonstruowanie laserów promieniujących fale o telekomunikacyjnych długościach w kierunku prostopadłym do płaszczyzny złącza p-n. Pierwsze znane mi doniesienie literaturowe 4 o takim typie emisji pochodzi z roku 1965, kiedy to w niskich temperaturach (10 K) w strukturze InSb umieszczonej w polu magnetycznym otrzymano w pracy impulsowej emisję wiązki w kierunku prostopadłym do płaszczyzny p-n o długości fali około 5 µm. Alternatywnym podejściem 5 zaprezentowanym w 10 lat później (1975 r.) były półprzewodnikowe heterostruktury epitaksjalne na bazie GaAs AlGaAs z zaimplementowaną równoległe do złącza p-n siatką dyfrakcyjną. Układy takie oświetlone prostopadle do złącza emitowały promieniowanie koherentne w kierunku prawie prostopadłym do powierzchni złącza p-n. W dwa lata później prof. Kenichi Iga, z Tokyo Institute of Technology, proponuje innowacyjną strukturę VCSELa 6 pokazaną na rys. 1. Rysunek 1: Pierwotny schemat budowy VCSELa zaproponowany przez K. Igo w 1977 r. opublikowany w pracy przytoczonej w 6. przypisie dolnym. W roku 1979 K. Iga wraz ze współpracownikami publikuje 7 wyniki prac dotyczące heterostruktury półprzewodnikowej otrzymanej na bazie GaInAsP-InP (rys. 2), emitującej w temperatu- LTE skrót od Long Term Evolution) generacji wykorzystujących długości fal 1,55 µm. Sieć 3G działa w Wielkiej Brytanii od początków tego wieku. Natomiast w Polsce jest dostępna na ograniczonym terytorium kraju dla użytkowników kilku sieci telefonii komórkowej. W Polsce uruchomienie sieci 4G jest planowane po roku 2013; szybkość transmisji danych przekroczy wówczas 100 Mb/s. 3 Dlatego nazywa się je w języku żargownym laserami krawędziowymi, od the edge-emitting lasers. 4 I. Melngailis, Longitudinal injection-plasma laser of InSb, Applied Physics Letters, vol. 6, No. 3, 59 (1965). 5 R. D. Burnham, D. R. Scifres, W. Striefer, Single-heterostructure distributed feedback GaAs diode lasers, IEEE J. Quant. Elec. QE-11, 439 (1975); Zh. I. Alferov, V. M. Andreyev, S. A. Gurevich, R. F. Kararinov, V. R. Larionov, M. N. Mizerov, E. L. Portnoy, Semiconductor lasers with the light output through the diffraction grating on the surface of the waveguide layer, IEEE J. Quant. Elec. QE-11, 449 (1975) 6 K. Iga, Surface-Emitting Laser Its Birth and Generation of New Optoelectronics Field, IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 6, No. 6, 1201, November/December, 2000. 7 H. Soda, K. Iga, C. Kitahara, Y. Suematsu, GaInAsP/InP Surface Emitting Injection Lasers, Jpn. J. Appl. Phys., vol. 18, 2329 (1979)
3 rze ciekłego azotu, w pracy impulsowej, przy gęstości prądu progowego ponad 40 ka/cm 2, wiązkę promieniowania laserowego o długości fali 1300 µm w kierunku prostopadłym do złącza p-n. Rysunek 2: Schemat pierwszego VCSELa laserującego w temperaturze pokojowej w pracy impulsowej; rysunek zaczerpnięty z pracy przytoczonej w 6. przypisie dolnym. Pierwsze lasery o emisji powierzchniowej otrzymane w warunkach laboratoryjnych na bazie heterostruktur GaInAsP/InP oraz GaAs/AlGaAs, wyposażone w epitaksjalne zwierciadła, zaświeciły w temperaturach ciekłego azotu, a nawet w temperaturze pokojowej w trybie pracy impulsowej w początkowych 80. latach XX wieku 8. Obecnie tego typu lasery półprzewodnikowe są znane w literaturze źródłowej pod skrótową nazwą VCSEL (akronim od Vertical Cavity Surface-Emitting Laser). Najpoważniejszym problemem technologicznym pierwszych konstrukcji VCSELi była wysoka wartość prądu progowego rzędu 10 2 10 3 ma. Trudność tę udało się pokonać dzięki znacznej redukcji objętości obszaru czynnego. W roku 1988 prof. K. Iga ze współpracownikami 9 demonstruje pierwszy VCSEL działający w trybie pracy ciągłej w temperaturze pokojowej, którego prąd progowy był rzędu 35 ma. Na przełomie lat 80. i 90. ubiegłego wieku, znacznie obniżono wartość prądu progowego (poniżej miliampera), udoskonalono znacznie technologie wytwarzania dielektrycznych zwierciadeł braggowskich (Distributed Bragg Reflectors) 10 i metody oraz sposoby integrowania ich z obszarem czynnym. Dzięki temu w ostatnim dziesięcioleciu XX wieku obserwowano intensywny rozwój technologii wytwarzania, badań nad właściwościami laserów o emisji powierzchniowej w zakresie długości 8 H. Okuda, H.Soda, K. Moriki, Y. Motegi, K. Iga, GaInAsP/InP Surface Emitting Injection Lasers with Buried Heterostructures, Jpn. J. Appl. Phys., vol. 20, L563 (1981); Y. Motegi, H.Soda, K. Iga, Surface Emitting GaInAsP/InP Injection Lasers with Short Cavity Lenght, Electronics Letters, 18, 461 (1982); K. Iga, K. Soda, T. Terakado, S. Shimizu, Lasing Characteristics of Improved GaInAsP/InP Surface Emitting Injection Lasers, Electronics Letters, 19, 457 (1983); I. Ibaraki, S. Ishikawa, S. Ohkouchi, K. Iga, Pulsed Oscillation of GaAlAs/GaAs Surface Emitting Injection Laser, Electronics Letters, vol. 20, 420 (1984) 9 F. Koyama, S. Kinoshita, K. Iga, Room-Temperature Continuous Wave Lasing Characteristics of GaAs Verical- Cavity Surface Emitting Laser, Appl. Phys. Lett., 55, 221 (1998); więcej w publikacji zacytowanej w stopce nr 6. K. Iga, Surface-Emitting Laser Its Birth and Generation of New Optoelectronics Field, IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 6, No. 6, 1201, November/December, 2000 10 Znaczny postęp w tej dziedzinie poczyniła grupa prof. Larry Coldrena (University of California, Santa Barbara), publikując wyniki w pracy S.W. Corzine, R.S. Geels, R.H. Yan, J.W. Scott, L.A. Coldren, P.L. Gourley, Efficient, narrow-linewidth distributed Bragg reflector surface-emitting laser with periodic gain, IEEE Photonics Technology Letters, 1 (3), 52, 1989.
4 fal od 800 do 1000 nm oraz ich żywiołową komercjalizację. Pierwszy VCSEL został sprzedany w 1996 r. Do roku 1998 sprzedano pierwszy milion, a do 2001 ponad 20 mln sztuk VCSELi, co było napędzane przez giełdową bańkę telekomunikacyjną. Załamanie rynku telekomunikacyjnego 11 w 2001 r. zniweczyło dynamiczny rozwój produkcji i zapotrzebowania na lasery półprzewodnikowe (patrz rys. 3.), w tym także na lasery typu VCSEL. Rysunek 3: Sprzedaż laserów w latach 1997-2006; źródło: Robert V. Steele, LASER MARKET- PLACE 2006: Diode doldrums, Laser Focus World, 42, no. 2 (2006). W roku 2001 pękła tzw. bańka telekomunikacyjna, załamał się rynek telekomunikacyjny, co znacznie spowolniło rozwój technologii wytwarzania i zapotrzebowanie na lasery półprzewodnikowe. Ostatnie 15-lecie XX wieku przyniosło doniosłe osiągnięcia w zakresie oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią, które mają ścisły związek z tematem recenzowanego dorobku habilitacyjnego. W roku 1987 Eli Yablonovitch 12 oraz Sajeev John 13 formułują nowatorską koncepcję kryształów fotonicznych nanostruktur optycznych z przestrzennie modulowanym współczynnikiem załamania 14 wykazujących nieznane dotychczas właściwości elektromagnetyczne. W 1991 r. Philip St. J. Russell wysuwa ideę skonstruowania nowego typu światłowodów zwanych dzisiaj światłowodami fotonicznymi 15 zademonstrowanymi po raz pierwszy w 1996 r. Lasery o emisji powierzchniowej przewyższają po wieloma względami lasery o emisji krawędziowej 16. W tym kontekście należy wymienić następujące: 1. Mała wartość prądu progowego (rzędu ma i mniejsze). 11 W 2000 r. sprzedano laserów półprzewodnikowych na świecie za prawie 6 mld dolarów, a w następnym tylko za niecałe 3 mld., co oznaczało spadek o 50%. 12 Eli Yablonovitch, Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics, Phys. Rev. Lett., 58, 2059 (1987) 13 S. John, Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices, Phys. Rev. Lett., 58, 2486 (1987) 14 John D. Joannopoulos, Steven G. Johnson, Joshua N. Winn, and Robert D. Meade, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light, Princeton University Press, Princeton 2008; elektroniczne wydanie książki dostępne na stronie http://ab-initio.mit.edu/book/. 15 J.C. Knight, T.A. Birks, P. St. J. Russell, D.M. Atkin, Pure Silica Single-Mode Fiber with Hexagonal Photonic Crystal Cladding, Conf. Optical Fiber Commun. (OFC), San Jose, CA, 1996, Postdeadline Paper PD3; J.C. Knight, T.A. Birks, P. St. J. Russell, D.M. Atkin, All-Silica Single-Mode Fiber with Photonic Crystal Cladding, Optics Lett., 21, 1547 (1996), Errata, ibidem, 22, 961 (1997); więcej P. St. J. Russell, Photonic-Crystal Fibers, Journal of Lightwave Technology, 24, 4729 (2006); F.Poli, A. Cucinotta, S. Selleri, Photonic Crystal Fibers, Springer 2007; I.A. Sukhoivanov, I.V. Guryev, Photonic Crystals. Physics and Practical Modeling, Springer Series in Optical Science, Springer Heidelberg 2009. 16 VCSELe ustępują jednak znacznie laserom krawędziowym pod względem mocy emitowanego promieniowania.
5 2. Stosunek I I prog. I prog. może osiągać wartości rzędu 100. 3. Długość emitowanej fali oraz wartość prądu progowego słabo zależą od zmian temperatury. 4. Stabilny tryb pracy jednomodowej ze względu na wysoki poziom dyskryminacji modów. 5. Wysoka efektywność konwersji energii elektrycznej w energię fali emitowanej przewyższająca 40%. 6. Długi czas niezawodnej pracy (ponad 20 000 godzin). 7. Kompatybilność ze światłowodami wielomodowymi i układami scalonymi wysokiego stopnia integracji (LSI, VLSI). 8. Prosta implementacja wytwarzania w procesach technologicznych produkujących układy scalone, przyrządy i urządzenia fotoniczne, co znacznie obniża koszty. 9. Testowanie jakości wytwarzanych laserów na płytkach półprzewodnikowych (wafers) w trakcie procesu technologicznego przed uprzednim połączeniem z układem scalonym. 10. Łatwość łączenia i demontażu w układach/urządzeniach elektronicznych i fotonicznych. 11. Niewysokie koszty produkcji; na trzy calowej płytce (wafer) można umieścić w procesie technologicznym (MBE, MOCVD) od 10 4 10 5 laserów o emisji powierzchniowej, z których ponad 90% spełnia wysokie wymagania jakościowe. Od początku XXI wieku podejmowano próby poprawienia właściwości koherentnego promieniowania emitowanego przez VCSELe. Podstawowa trudność była związana z wielomodowym charakterem akcji laserowej przy zmiennym natężeniu prądu pompującego i stosunkowo małym stopniu dyskryminacji modów. Bardzo trafnym i efektywnym rozwiązaniem technologicznym okazało się być podejście polegające na umieszczeniu w obszarze górnego zwierciadła Bragga wytrawionych kanalików tworzących heksagonalną sieć będącą elementem kryształów i światłowodów fotonicznych 17. Do tego nurtu intensywnie rozwijanych w ostatnich latach (począwszy od 2005 r.) badań należy zaliczyć przedstawiony mi do oceny dorobek habilitacyjny dra inż Tomasza Czyszanowskiego. W tym kontekście istotnymi zagadnieniami, podjętymi przez habilitanta, były i są: 1. Identyfikacja i wyróżnienie najistotniejszych zjawisk i procesów fizycznych będących konsekwencją wprowadzeniem kryształu fotonicznego do heterostruktury lasera typu VCSEL. 2. Określenie optymalnej konstrukcji badanych typów laserów, ze względu na: jakość emitowanego promieniowania, zapewnienie niskiego poziomu strat optycznych w pracy impulsowej i ciągłej. 3. Wyznaczenie optymalnego związku pomiędzy parametrami geometryczno-przestrzennymi kryształu fotonicznego i parametrami heterostruktury VCSELa determinującymi wstrzykiwanie nośników prądu do obszaru czynnego. 4. Znalezienie wartości parametrów geometryczno-przestrzennych kryształu fotonicznego: zapewniających generację jednomodową w pracy impulsowej, umożliwiających w pracy ciągłej silną dyskryminację modów przy niskim prądzie progowym. 17 D.-S. Song, S.-H. Kim, H.-G. Park, C.-K. Kim, Y.-H. Lee, Single-Fundamental-Mode Photonic-Crystal Vertical- Cavity Surface-Emitting Lasers, Appl. Phys. Lett., 80, 3901 (2002); A.J. Danner, T.S. Kim, K.D. Choquette, Single Fundamental Mode Photonic Crystal Vertical Cavity Laser with Improved Output Power, Electron. Lett. 41, 325 (2005); H.P.D. Yang, Y.H. Chang, F.I. Lai, H.C. Yu, Y.J. Hsu, G. Lin, R.S. Hsiao, H.C. Kuo, S.C. Wang, J.Y. Chi, Singlemode InAs Quantum Dot Photonic Crystal VCSELs, Electron. Lett. 41, 1130 (2005); J. J. Raftery, A. C. Lehman, A. J. Danner, P. O. Leisher, A. V. Giannopoulos, K. D. Choquette, In-Phase Evanescent Coupling of Two-Dimensional Arrays of Defect Cavities in Photonic Crystal Vertical Cavity Surface Emitting Lasers, Appl. Phys. Lett., 89, 081119 (2006); P. O. Leisher, A. J. Danner, K. D. Choquette, Single-Mode 1.3-µm Photonic Crystal Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 2156 (2006); H. P. D. Yang, I. C. Hsu, F. I. Lai, G. Lin, R. S. Hsiao, N. A. Maleev, S. A. Blokhin, H. C. Kuo, S. C. Wang, J. Y. Chi, Single-Mode InGaAs Submonolayer Quantum Dot Photonic Crystal VCSELs, Semicind. Sci. Tech. 21, 1176 (2006); A. M. Kasten, J. D. Sulkin, P. O. Leisher, D. K. McElfresh, D. Vacar, K. D. Choquette, Manufacturable Photonic Crystal Single-Mode and Fluidic Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers, IEEE J. Select. Topics Quantum Electron., 14, 1123 (2008).
6 5. Zbadanie i porównanie wpływu wprowadzenia kryształu fotonicznego i warstwy oksydowanej do heterostruktury VCSELa na jego właściwości fizyczne. W związku z tym stwierdzam, że problematyka badań podjętych przez habilitanta jest aktualna oraz ważna pod względem poznawczym oraz aplikacyjnym. 2 Informacje ogólne i charakterystyka dorobku habilitacyjnego Podstawą wszczętego przewodu habilitacyjnego jest 11 następujących prac opublikowanych w bardzo dobrych i dobrych czasopismach o zasięgu międzynarodowym. 1. T. Czyszanowski, M. Dems, K. Panajotov, Modal behavior of photonic-crystal vertical-cavity surface-emitting diode laser analyzed with Plane Wave Admittance Method, Optical and Quantum Electronics, 39, 427 (2007); liczba cytowań 0; 20 pkt. na ujednoliconej liście MNSW czasopism punktowanych. 2. T. Czyszanowski, M Dems, H. Thienpont, K Panajotov, Modal gain and confinement factors in top- and bottom-emitting photonic-crystal VCSEL, Journal of Physics D: Applied Physics, 41, 085102 (2008); liczba cytowań 1; 32 pkt. na ujednoliconej liście MNSW czasopism punktowanych. 3. T. Czyszanowski, M. Dems, H. Thienpont, K. Panajotov, Optimal radii of photonic crystal holes within DBR mirrors in long wavelength VCSEL, Optics Express 15, 1301 (2007); liczba cytowań 7; 32 pkt. na ujednoliconej liście MNSW czasopism punktowanych. 4. T. Czyszanowski, M. Dems, K. Panajotov, Impact of the hole depth on the modal behavior of long wavelength photonic crystal VCSELs, Journal of Physics D: Applied Physics, 40, 2732 (2007); liczba cytowań 9; 32 pkt. na ujednoliconej liście MNSW czasopism punktowanych. 5. T. Czyszanowski, M. Dems, K. Panajotov, Optimal parameters of Photonic-Crystal Vertical-Cavity Surface-Emitting Diode Lasers, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Journal of Lightwave Technology, 25, 2331 (2007); liczba cytowań 5; 32 pkt. na ujednoliconej liście MNSW czasopism punktowanych. 6. T. Czyszanowski, M. Dems, K. Panajotov, Single mode condition and modes discrimination in photonic-crystal 1.3µm AlInGaAs/InP VCSEL, Optics Express 15, 5604 (2007); liczba cytowań 10; 32 pkt. na ujednoliconej liście MNSW czasopism punktowanych. 7. T. Czyszanowski, R. P. Sarzała, M. Dems, H. Thienpont, W. Nakwaski, K. Panajotov, Strong modes discrimination and low threshold in cw regime of 1300 nm AlInGaAs/InP VCSEL induced by photonic crystal, Physica Status Solidi A 206, 1396 (2009) Editor s Choice; liczba cytowań 3; 27 pkt. na ujednoliconej liście MNSW czasopism punktowanych. 8. T. Czyszanowski, R. P. Sarzała, M. Dems, H. Thienpont, K. Panajotov, Threshold characteristics of bottom-emitting long wavelength VCSELs with photonic-crystal within the top mirror, Optical and Quantum Electronics, vol. 40, 149 (2008); liczba cytowań 0; 20 pkt. na ujednoliconej liście MNSW czasopism punktowanych. 9. T. Czyszanowski, R. P. Sarzała, M. Dems, W. Nakwaski, K. Panajotov, Optimal photoniccrystal parameters assuring single-mode operation of 1300 nm AlInGaAs vertical-cavity surface-emitting laser, Journal of Applied Physics, 105, 093102 (2009); liczba cytowań 3; 32 pkt. na ujednoliconej liście MNSW czasopism punktowanych. 10. T. Czyszanowski, Thermal properties and wavelength analysis of telecom oriented Photonic-Crystal VCSELs, Opto-Electron. Rev. 18, 56, (2010); liczba cytowań 0; 27 pkt. na ujednoliconej liście MNSW czasopism punktowanych. 11. T. Czyszanowski, R. P. Sarzała, Ł. Piskorski, M. Dems, M. Wasiak, W. Nakwaski, K. Panajotov, Comparison of usability of oxide apertures and photonic crystals used to create radial optical confinements in 650-nm GaInP VCSELs, IEEE (Institute of Electrical and
7 Electronics Engineers) Journal of Quantum Electronics, 43, 1041 (2007); liczba cytowań 0; 32 pkt. na ujednoliconej liście MNSW czasopism punktowanych. Całkowita liczba cytowań (bez autocytowań) publikacji wchodzących w zakres rozprawy habilitacyjnej, do 27 grudnia 2011 r., wyniosła 38. W tym najczęściej cytowanymi, w sumie 31 razy, były prace zamieszczone w powyżym spisie pod numerami 3. (7 cytowań), 4. (9 cytowań), 5. (5 cytowań) i 6. (10 cytowań). Na 11 opublikowanych, za wyjątkiem jednego, wieloautorskich artykułów naukowych 7 jest za 32 punkty, dwa za 26, a pozostałe dwa za 20 punktów. W każdej z powyższych prac dr inż. T. Czyszanowski jest pierwszym autorem. W większości publikacji kolejność nazwisk współautorów nie jest alfabetyczna. Profesor Krassimir Panajotov, współautor 10 z 11 prac, ocenił swój wkład do tych prac na około 15%. Profesor Hugo Thienpont, współautor 4 prac zaliczonych do dorobku habilitacyjnego, stwierdza, że wspomagał habilitanta podczas jego staży naukowych na Vrije Universiteit Brussels, w zakresie umożliwienia mu dostępu do Obliczeniowego Centrum ww. Uniwersytetu. Zastanawiające jest, w świetle współautorstwa 4 publikacji, zdanie końcowe oświadczenia prof. H. Thienponta: I participated neither in performing the calculations nor in the discussions and writing of the manuscripts. Profesor dr hab. Włodzimierz Nakwaski stwierdza, że współautorstwo 4 prac polegało na konsultowaniu i synchronizowaniu działań członków jego zespołu naukowego mających na celu realizację oryginalnych pomysłów dra Tomasza Czyszanowskiego pod jego kierownictwem i przy jego dominującym udziale. Dr hab inż. Robert Sarzała oznajmia w oświadczeniu, że współautorstwo 4 prac, jest wynikiem udostępnienia habilitantowi oprogramowania do symulacji zjawisk elektrycznych i cieplnych. Zaś opublikowane wspólne prace zawierają oryginalne wyniki uzyskane dzięki realizacji oryginalnych pomysłów dra Tomasza Czyszanowskiego pod jego kierownictwem i przy jego dominującym udziale. Dr inż. Maciej Dems, współautor 10 prac, pisze w oświadczeniu, że jego udział sprowadził się do przekazania dr. T. Czyszanowskiemu oprogramowania do numerycznej analizy pola elektromagnetycznego w laserów typu VCSEL. Oświadczenie kończy standardowe zdanie: Powyższe prace były realizacją oryginalnych pomysłów dra Tomasza Czyszanowskiego pod jego kierownictwem i przy jego dominującym udziale. Dr inż. Michał Wasiak, współautor jednej pracy, oświadcza, że jego udział polegał na udostępnieniu habilitantowi programów komputerowych do numerycznych analizowania spektralnych rozkładów wzmocnienia optycznego w studniach kwantowych. Oświadczenie kończy się standardowo: Powyższa praca była będące realizacją oryginalnych pomysłów dra Tomasza Czyszanowskiego pod jego kierownictwem i przy jego dominującym udziale. Mgr inż. Łukasz Piskorski, jest współautorem ostatniej na liście publikacji. jego udział sprowadzał się do wykonania części obliczeń komputerowych zgodnie z sugestiami habilitanta. Ostatnie zdanie z oświadczenia jest następujące: Praca ta przedstawiała wyniki będące realizacją oryginalnych pomysłów dra Tomasza Czyszanowskiego pod jego kierownictwem i przy jego dominującym udziale. Ze względu na treści oświadczeń współautorów 18, można wyrazić opinię, że wskazują one jednoznacznie na wiodącą rolę habilitanta w przeprowadzonych badaniach i opublikowanych pracach naukowych stanowiących przedmiot rozprawy habilitacyjnej. 18 Razi jednak brak pomysłów na nierutynowe i niebanalne zredagowanie w języku polskim oświadczeń.
8 W załączonym dokumencie, nazwanym błędnie Rozprawą habilitacyjną 19, którą będę dalej nazywał Autoreferatem habilitacyjnym, Autor zwięźle charakteryzuje swoje osiągnięcia. Natomiast za rozprawę habilitacyjną należy uznać jednotematyczny cykl publikacji, których listę przytoczyłem powyżej. 2.1 Ocena poszczególnych prac Postawione cele badań zrealizowano w pracach zamieszczonych na pozycjach 1. 10. analizując numerycznie właściwości dynamiki akcji laserowej dla modelowego VCSELa emitującego promieniowanie o długości fali 1300 nm i o konstrukcji nazwanej przez habilitanta Strukturą 1. Jedynie ostatnia praca (nr 11) dotyczy innej konstrukcji modelowego VCSELa o Strukturze 2. Wyniki zawarte w 11 pracach, składających się na dorobek habilitacyjny, dotyczą właściwości fizycznych laserujących Struktur 1 i 2 zmodyfikowanych poprzez wprowadzenie do heterostruktur od strony górnego zwierciadła dziur tworzących heksagonalną sieć kryształu fotonicznego. Takie rozmieszczenie pustych kanalików zapewnia modulację współczynnika załamania w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku emisji światła laserowego. Ograniczeniem optycznym dla emitowanego promieniowania jest defekt kryształu, którego rolę odgrywa brak jednej z dziur. Parametrami geometrycznymi kryształu fotonicznego są: odległość L pomiędzy dziurami kryształu fotonicznego, średnica a tych dziur, unormowana średnica dziur, którą określa iloraz a/l, promień apertury optycznej RO, którą tworzy defekt kryształu fotonicznego. Przyjęto, że głębokość dziur powietrznych kryształu fotonicznego może być dowolna, abstrahując przy tym od ewentualnych trudności technologicznych i przyjmując upraszczające założenia, że kanaliki powietrzne nie modyfikują w istotny sposób ani właściwości fizycznych studni kwantowych ani też procesów emisji wymuszonej. Zagadnieniami szczególnie starannie analizowanymi były konfiguracje, budowa przestrzenna laserów emitujących promieniowanie koherentne przez dolne lub górne zwierciadło. Poniżej zamieszczam zwięzłe oceny osiągnięć habilitanta w kolejności prac znajdujących się na liście publikacji stanowiących przedmiot rozprawy habilitacyjnej. 2.1.1 Praca pt. Modal behavior of photonic-crystal vertical-cavity surface-emitting diode laser analyzed with Plane Wave Admittance Method Praca ma charakter metodologiczno-badawczy. Autorzy wykonali serię testów mających na celu weryfikację poprawności stosowanej w dalszych pracach w pełni wektorowej metody fal płaskich i admitancji do analizy właściwości fizycznych laserów typu VCSEL z kryształem fotonicznym. Porównanie otrzymanych wyników dotyczących emitowanej długości fali i wzmocnienia progowego dla modu podstawowego z rezultatami uzyskanymi innymi metodami wektorowymi wypadło pozytywnie. W omawianej pracy zbadano wpływ średnicy apertury optycznej na długość emitowanej fali oraz na wzmocnienie modowe modelowego VCSELa emitującego falę o długości 1,3 µm. Pokazano, że wzrost średnicy apertury w zakresie od 1 do 8 µm powoduje: 19 W myśl nieobowiązujących dzisiaj przepisów pod pojęciem rozprawy habilitacyjnej rozumiane jest powstałe po uzyskaniu stopnia doktora dzieło opublikowane w całości lub zasadniczej części. Przedstawione przez habilitanta opracowanie pt. Rozprawa habilitacyjna nie spełnia tych wymogów.
9 zwiększenia długości emitowanej fali, zmniejszenie strat optycznych, redukcję dyskryminacji modów. Wyniki te zinterpretowano stwierdzając, że są one konsekwencją zmniejszania się stopnia wnikania modu do obszaru kryształu fotonicznego. Zbadano wpływ parametrów geometrycznych kryształu fotonicznego umieszczonego w górnym zwierciadle Bragga na właściwości emitowanego promieniowania koherentnego w pracy impulsowej. Otrzymane rezultaty wskazują na to, że wraz ze wzrostem wartości parametru modelu a/l, gdzie a średnica dziur, L odległość dziur w krysztale fotonicznim, zmniejsza się nieznacznie długość emitowanej fali. Numerycznie wyznaczono optymalne wartości ww. parametru zapewniające jednomodową pracę modelowego lasera przy możliwie najmniejszych stratach dyfrakcyjnych. Nie jest jednak wyjaśnione z jakich powodów wyznaczone numerycznie długości emitowanych fal oraz wartości wzmocnienia progowe są mniejsze niż te, które były uzyskane za pomocą innych metod obliczeniowych. Praca ta świadczy o wysokim poziomie wiedzy w zakresie fizyki laserów typu VCSEL oraz o nieprzeciętnych umiejętnościach w obszarze fizyki obliczeniowej związanej z oddziaływaniem fal elektromagnetycznych z materią. Habilitant opracował model fizyczno-matematyczny (bardzo zwięźle przedstawiony w rozdziale 9. Autoreferatu) uwzględniający istotne zjawiska i procesy determinujące właściwości fizyczne akcji laserowej w badanych heterostrukturach. Pozwoliło mu to opracować efektywne środowisko obliczeniowe, które najpierw zgodnie z podstawowymi kanonami fizyki obliczeniowej zostało przetestowany, a następnie użyte z sukcesem i sukcesywnie (o czym poniżej) do komputerowych analiz dynamiki działania laserów o emisji powierzchniowej z wbudowanymi kryształami fotonicznymi. 2.1.2 Praca pt. Modal gain and confinement factors in top- and bottom-emitting photoniccrystal VCSEL Publikacja przedstawia wyniki symulacji komputerowych dotyczące jakości emitowanej w pracy impulsowej wiązki gaussowskiej przez laser typu VCSEL z kryształem fotonicznym. W obliczeniach numerycznych analizowano lasery z kryształem fotonicznym o następujących, starannie wybranych, wartościach parametrów geometrycznych: L = 4 µm odległości między dziurami kryształu fotonicznego, 2RO = 6,8 µm apertura optyczna, a/l = 0, 3 unormowana średnica dziur kryształu. Na podstawie wykonanych eksperymentów numerycznych stwierdzono, że: Zjawisko silnego wnikania w obszar kryształu fotonicznego emitowanego przez górną powierzchnię lasera promieniowania jest przyczyną istotnych zaburzeń gaussowskiego charakteru generowanej wiązki. Rozkład gaussowski emitowanej wiązki, w przypadku emisji przez górne zwierciadło z kryształem fotonicznym, zapewniają stosunkowo długie/głębokie dziury wydrążone na przestrzeni od górnego, poprzez rezonator do dolnego zwierciadła. Niezaburzoną wiązkę o rozkładzie gaussowskim generują badane struktury dla dowolnych długości dziur przez dolne zwierciadło pozbawione kryształu fotonicznego. Z punktu widzenia jakości generowanej wiązki przez badany model lasera za ważne osiągnięcia tej pracy uważam dwie ostatnie konkluzje z wymienionych powyżej.
10 2.1.3 Ocena prac: 1) Optimal radii of photonic crystal holes within DBR mirrors in long wavelength VCSEL; 2) Impact of the hole depth on the modal behavior of long wavelength photonic crystal VCSELs; 3) Optimal parameters of Photonic-Crystal Vertical-Cavity Surface-Emitting Diode Lasers; 4) Single mode condition and modes discrimination in photonic-crystal 1.3µm AlInGa- As/InP VCSEL Cztery wymienione w tytule podrozdziału prace opublikowane zostały w 2007 r., są często cytowane (w sumie 31 razy) i ukazały się drukiem w czasopismach, którym MNSW przypisuje wysoką rangę na poziomie 32 punktów. Wszystkie te artykuły naukowe scharakteryzowane obszernie przez habilitanta w rozdziale 6.3. Autoreferatu podejmują istotne zagadnienia dotyczące m.in. wpływu: na głębokości drążenie dziur w laserach z kryształami fotonicznymi, średnicy dziur tworzących kryształ fotoniczny, apertury optycznej pojedynczego defektu w sieci kryształu fotonicznego rzeczywistą i urojoną długość emitowanej fali, dyskryminację modów wyższych rzędów dla wybranych konfiguracji laserów typu VCSEL emitujących promieniowanie przez górne i dolne zwierciadło. Do najważniejszych osiągnięć tej serii prac zaliczam następujące: 1. Określenie tendencji w zależnościach między głębokością drążenia dziur a długością fali emitowanej wiązki i wzmocnieniem modowym; wzrost głębokości dziur powoduje zmniejszenie długości fali emitowanej wiązki (rzędu kilku nm) oraz wzrost wzmocnienia modowego. 2. Wskazanie ilościowych związków między geometrią kryształu fotonicznego i minimalnymi wartościami głębokości wydrążonych dziur zapewniających generację wiązki laserowej na modzie podstawowym. 3. Wyniki dotyczące zależności wartości wzmocnienia modowego, bliskich wartościom maksymalnym, oraz długości emitowanych fal, także bliskich minimalnej wartości, dla relatywnie płytkich dziur o unormowanych średnicach a/l z zakresu od 0,5 do 0,9. 4. Określenie tendencji w zależnościach współczynnika wypełnienia w wybranych płaszczyznach lasera od: głębokości dziur, wartości unormowanych średnic dziur, wartości średnic apertury optycznej. 5. Wyznaczenie wartości średnicy apertury optycznej oraz unormowanej średnicy dziur, dla których wspołczynnik wypełnienia osiąga wartość bliską maksymalnej dla lasera o Strukturze 1. 6. Określenie wartości parametrów geometrycznych kryształu fotonicznego zapewniających dobrą dyskryminację modów oraz działanie lasera w sposób jednomodowy.
11 Pozytywnie należy ocenić wiarygodne wskazanie zjawisk fizycznych determinujących wyżej opisane właściwości modelowego lasera o emisji wymuszonej. W tym kontekście habilitant w Autoreferacie na stronie 44. trafnie stwierdza: Opisane związki wynikają z dominującego wpływu efektu falowodowego w analizowanych konfiguracjach kryształu fotonicznego oraz zjawiska selektywnej dyskryminacji modów na skutek horyzontalnej ucieczki promieniowania przez dziury tworzące kryształ fotoniczny, co skutecznie uniemożliwia wzbudzanie się modów wyższych rzędów. Na szczególne wyróżnienie zasługują wnioski dotyczące zwiększenia mocy emitowanej wiązki w trybie pracy jednomodowej. Analizowany numerycznie model lasera, dzięki wprowadzeniu kryształu fotonicznego, umożliwia zwiększenie apertury optycznej, co może przyczynić się do wzrostu emitowanej mocy. 2.1.4 Ocena prac: 1) Strong modes discrimination and low threshold in cw regime of 1300 nm AlInGaAs/InP VCSEL induced by photonic crystal; 2) Threshold characteristics of bottom-emitting long wavelength VCSELs with photoniccrystal within the top mirror; 3) Optimal photonic-crystal parameters assuring single-mode operation of 1300 nm AlIn- GaAs vertical-cavity surface-emitting laser; 4) Thermal properties and wavelength analysis of telecom oriented Photonic-Crystal VCSELs W pracach wymienionych w tytule podrozdziału podjęto szereg zagadnień dotyczących wpływu implementacji kryształu fotonicznego w modelowych Strukturach 3 i 4, posiadających złącza tunelowe, (będących modyfikacjami Struktury 1) na właściwości fizyczne pracy z falą ciągłą lasera o emisji powierzchniowej. Do tych celów zastosowano samouzgodnioną metodę pozwalającą analizować numerycznie zjawiska optyczne, cieplne, elektryczne oraz proces emisji wymuszonej. Habilitant scharakteryzował fizyczne podstawy zjawiska silnej dyskryminacji modów wyższych rzędów oraz oddziaływania między zjawiskami fizycznymi odpowiedzialnymi za ten efekt. Wyznaczył wpływ: głębokości drążenia dziur kryształu fotonicznego średnicy dziur tworzących kryształ fotoniczny, apertury optycznej będącej pojedynczym defektem sieci kryształu fotonicznego, na wartość prądu progowego, dyskryminację modów wyższych rzędów. Przedmiotem zainteresowania dra T. Czyszanowskiego była również zależność między właściwościami generowania promieniowania przez rozpatrywany typ lasera z kryształem fotonicznym a zjawiskami cieplnymi, które odgrywają istotną rolę w pracy w trybie ciągłym. Do najważniejszych osiągnięć ww. czterech publikacji zaliczam: 1. Wyniki uzyskane w badaniach nad zależnością wartości prądu progowego oraz zjawiska dyskryminacji modów wyższych rzędów od głębokości drążenia dziur powietrznych oraz wartości apertury optycznej. 2. Rezultaty obliczeń numerycznych dotyczące rozkładu przestrzennego temperatury w badanych strukturach laserujących w trybie fali ciągłej.
12 2.1.5 Praca pt. Comparison of usability of oxide apertures and photonic crystals used to create radial optical confinements in 650-nm GaInP VCSELs W tej pracy Autor porównuje wpływ kryształu fotonicznego i warstwy oksydowanej na wartości prądu progowego i minimalnej mocy progowej lasera typu VCSEL o Strukturze 2 w trybie pracy z falą ciągłą o długości 650 nm. Habilitantowi udało się wyznaczyć wartości parametrów lasera z kryształem fotonicznym, które zapewniają wzbudzenie akcji laserowej przy mniejszych wartościach prądu progowego niż w przypadku struktury z warstwą oksydowaną. Na szczególne podkreślenie zasługuje w tej pracy wynik wskazujący na znaczną redukcję prądu progowego w laserze z kryształem fotonicznym o odpowiednio dobranym stosunku apertury kryształu fotonicznego i apertury elektrycznej w porównaniu do typowej struktury z warstwą oksydowaną. 2.2 Uwagi dodatkowe Nie kwestionując poprawności zastosowanego podejścia numerycznego, ani też otrzymanych wyników, pragnę zwrócić uwagę na dość pobieżne i bardzo lakoniczne potraktowanie opisu i przedstawienia zastosowanych modeli fizyczno-matematycznych zjawisk i procesów zachodzących w laserze oraz algorytmów i metod obliczeniowych użytych przez habilitanta. Uważam, że kwestia niepewności otrzymanych i zaprezentowanych ale wyznaczonych numerycznie charakterystyk nie została w przedstawionym mi do oceny materiale szerzej omówiona i potraktowana. Podobny niedosyt odczuwam co do problemu stabilności i zbieżności zastosowanych algorytmów i metod numerycznych. Wprawdzie habilitant w rozdziale 9. Autoreferatu opisuje krótko użyte modele fizyczno-matematyczne oraz zbieżność metod obliczeniowych, ale to ostatnie zagadnienie jest przedstawione w bardzo abstrakcyjnej, ogólnej formie i nie dostrzegłem żadnego ich związku z wynikami zaprezentowanymi w Autoreferacie oraz w pracach składających się na dorobek habilitacyjny. Dostrzeżone przeze mnie mankamenty są spowodowane, jak sądzę, wybranym przez dra inż. T. Czyszanowskiego sposobem przeprowadzenia przewodu habilitacyjnego 20 i nie umniejszają mojej wysokiej oceny jego dorobku. Na rzecz takiego podejścia przemawiają dotychczasowe osiągnięcia zespołu naukowego, którego aktywnym członkiem jest habilitant. Zespół ten jest znaną i uznaną w Polsce i za granicami kraju, wiodąca grupą badawczą zajmującą się opracowaniem zaawansowanych programów obliczeniowych stosowanych z sukcesami do analizy fizycznych właściwości działania laserów półprzewodnikowych. Habilitant w rozdziale 5. Autoreferatu opisuje badane struktury, ale nie uzasadnia szerzej dlaczego ograniczył swoje zainteresowania do badania tylko tych heterostruktur półprzewodnikowych. Podobnie nie został rozwinięty w Autoreferacie wątek dotyczący praktycznej realizacji zanalizowanych laserów o emisji powierzchniowej. Ponadto w tekście Autoreferatu dostrzegłem kilkanaście potknięć stylistycznych, redakcyjnych i niedokładnych opisów rysunków (np. rys.: 3. 4. i 5. (brak kolorowej skali), 33 (niekompatybilne oznaczenie w opisie), 34 (brak opisu skali na jednej z osi), 36 (brak opisu skali na jednej z osi), 38 (brak opisu skali na jednej z osi), 41b). 20 Uważam, że opracowanie rozprawy habilitacyjnej pozwoliłoby uniknąć tego typu niedostatków.
13 3 Ocena dorobku naukowego niezwiązanego z rozprawą habilitacyjną Dr inż. Tomasz Czyszanowski podjął we wrześniu 2000 r pracę na stanowisku asystenta w zespole Fizyki Komputerowej Instytutu Fizyki przy Wydziale Fizyki Technicznej, Informatyki i Matematyki Stosowanej Politechniki Łódzkiej. Stopień doktora nauki fizycznych został mu przyznany w 2004 roku w Instytucie Fizyki Politechniki Łódzkiej na podstawie rozprawy doktorskiej pt. Comparative analysis of validity limits of scalar and vector approaches to optical fields in diode lasers przygotowana pod kierunkiem prof. dra hab. Włodzimierza Nakwaskiego. Od roku 2006 pracuje na stanowisku adiunkta w zespole Fizyki Komputerowej w Instytucie Fizyki na Wydziale Fizyki Technicznej, Informatyki i Matematyki Stosowanej Politechniki Łódzkiej. Według udostępnionych mi dokumentów opracowanych przez habilitanta i Bibliotekę Główną Politechniki Łódzkiej na dorobek naukowy dra T. Czyszanowskiego składa się: 1. Dziewiętnaście wieloautorskich publikacji, które ukazały się drukiem w recenzowanych bardzo dobrych i dobrych czasopismach z listy filadelfijskiej opublikowanych przed uzyskaniem stopnia doktora nauk fizycznych w latach 2001-2004. 2. Osiem wieloautorskich publikacji, które ukazały się drukiem w recenzowanych bardzo dobrych i dobrych czasopismach z listy filadelfijskiej opublikowanych po uzyskaniu stopnia doktora nauk fizycznych po roku 2005. 3. Dwa wieloautorskie rozdziały w następujących książkach W. Nakwaski, T. Czyszanowski, and R. P. Sarzała, Optical Design of GaN-Based Vertical-Cavity Lasers, Chapter 20, J. Piprek (Ed.) Nitride Semiconductor Devices: Principles and Simulations, Wiley 2007, strony 447-466. M. Dems, T. Czyszanowski, R. Kotyński, K. Panajotov, Plane-Wave Admittance Method and its applications to modeling photonic crystal structures, Chapter 13, C. Sibilia (Ed.) Photonic Crystals: Physics and Technology, Springer 2008 4. Trzy zaproszone referaty wygłoszone na międzynarodowych i krajowych konferencjach naukowych w latach 2003-2007. 5. Piętnaście referatów konferencyjnych przedstawionych na międzynarodowych i krajowych konferencjach w latach 2000-2009. 6. Szesnaście komunikatów konferencyjnych przedstawionych na międzynarodowych i krajowych konferencjach naukowych w latach 2000-2009. Dr inż. Tomasz Czyszanowski przygotował i wygłosił w latach 2005-2009 cztery seminaria w zagranicznych uniwersytetach, którymi były: Eindhoven Technical University, Netherlands (2005), Vrije Universiteit Brussel, Belgium (2006), Nanyang Technological University, Singapur (2008); Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Switzerland (2009). Prace naukowe nie wchodzące do dorobku habilitacyjnego były cytowane co najmniej 28 razy (nie uwzględniłem autocytowań). Od roku 2002 do 2009 odbył cztery staże naukowe w bardzo dobrych ośrodkach w USA i Europie. Otrzymał dotychczas ponad 11 stypendiów, nagród krajowych i zagranicznych w tym grant Fundacji na rzecz Nauki Polskiej oraz zespołową nagrodę Ministra Edukacji Narodowej. Od roku 2001 był wykonawcą sześciu grantów międzynarodowych a jednego kierownikiem.
14 W tym samym okresie czasu wykonał dziewięć grantów krajowych, a dodatkowo w dwóch był kierownikiem. Jest członek komitetu naukowego konferencji CLEO Europe, Semiconductor Lasers, Monachium, Niemcy oraz recenzentem w następujących czasopismach naukowych: IEEE Journal of Quantum Electronics, IEEE Photonics Technology Letters, Optical and Quantum Electronics, Transactions on Electronic Devices, Superlattices and Microstructures, Journal of Physics, Opto-Electronics Review, Optica Applicata. Przytoczone dane oraz informacje jednoznacznie wskazują, że dr inż. T. Czyszanowski jest bardzo aktywnym naukowcem, posiadającym obszerną wiedzę, wysokie umiejętności oraz wartościowy dorobek naukowy. 4 Działalność dydaktyczna i organizacyjna Habilitant kieruje obecnie zespołem dydaktycznym, którego celem jest opracowanie i uruchomienie nowej specjalności studiów pt. Fotonika na kierunku Fizyka Techniczna będącego częścią realizowanego projektu pt. Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń zintegrowany rozwój Politechniki Łódzkiej zarządzanie uczelnią, nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacnianie zdolności do zatrudniania także osób niepełnosprawnych, wykonywanego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki, poddziałania 4.1.1 pt. Wzmocnienie potencjału dydaktycznego uczelni, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego. Od roku zatrudnienia (2000 r.) prowadził wiele form zajęć dydaktycznych dla studentów Politechniki Łódzkiej, w tym m.in. zajęcia laboratoryjne i ćwiczenia rachunkowe do kursów Podstawy fizyki, Elektronika kwantowa i optyka nieliniowa, wykład i ćwiczenia do kursu Podstawy optyki, wykłady z Podstaw fizyki, zajęcia w pracowni komputerowej do kursu Metody numeryczne w fizyce. Był promotorem obronionych trzech prac magisterskich. Sprawuje opiekę nad trzema kolejnymi. 5 Podsumowanie i konkluzje Stwierdzam, że dr T. Czyszanowski z sukcesem zrealizował postawione cele badawcze. W jedenastu pracach składających się na przedłożoną rozprawę habilitacyjną przedstawiono wyniki szeregu eksperymentów komputerowych dotyczących aspektów technologicznych oraz właściwości fizycznych działania w trybie pracy impulsowej i ciągłej modelowych struktur laserów typu VCSEL o emisji powierzchniowej z kryształem fotonicznym. Stanowią one istotny wkład do wiedzy o właściwościach fizycznych działania rozpatrywanych przez Habilitanta innowacyjnych typów laserów. Szczególnie dużo uwagi poświęcono optymalizacji badanych heterostruktur laserujących, co ma na celu uzyskanie wysokiej jakości wiązki, redukcji strat optycznych, pracy jednomodowej w trybie pracy impulsowej, minimalizacji prądu progowego i silnej dyskryminacji modów w trybie pracy z falą ciągłą. Z aplikacyjnego punktu widzenia wysoko oceniam przedstawione rezultaty dotyczące optymalizacji analizowanych struktur fotonicznych, co może mieć duże znaczenie dla technologii wy-
15 twarzania rozpatrywanych typów laserów. Należy podkreślić, że habilitant bardzo efektywnie wykorzystał istniejące dotychczas wyniki prac, metody i algorytmy 21 i sformułował samouzgodniony model matematyczno-fizyczny do komputerowego symulowania funkcjonowania laserów analizowanych typów. W tym podejściu uwzględnione zostały zjawiska cieplne, elektryczne i optyczne. Zaproponowany układ równań analizowano numerycznie za pomocą bardzo efektywnej i stabilnej metody elementów skończonych. W mojej ocenie tak opracowany model i zastosowanie w eksperymentach komputerowych zaawansowanych algorytmów, świadczą na rzecz wiarygodności otrzymanych i zaprezentowanych wyników. Dr Tomasz Czyszanowki opanował w wysokim stopniu pod względem metodycznym i merytorycznym technologie informatyczne pozwalające prowadzić mu symulacje numeryczne funkcjonowania laserów typu VCSEL. W tym kontekście wyrażam opinię, że opracowane i zastosowane przez habilitanta środowiska obliczeniowe wnoszą istotny wkład do fizyki komputerowej, zwanej przez niektórych w Polsce fizyką obliczeniową. Z prawdopodobieństwem graniczącym z pewnością, stwierdzam, że dr T. Czyszanowski jest przygotowany do samodzielnej pracy naukowo-dydaktycznej oraz że jest nieprzeciętnym młodym naukowcem posiadającym: a) szeroką i ugruntowaną wiedzę z zakresu fizyki laserów typu VCSEL oraz b) wybitne kompetencje w zakresie posługiwania się zaawansowanymi technikami obliczeniowymi współczesnej fizyki komputerowej. Biorąc pod uwagę: merytoryczną jakość otrzymanych wyników opublikowanych w 11 artykułach w czasopismach o zasięgu międzynarodowym składających się na rozprawę habilitacyjną, których zawsze pierwszym autorem jest habilitant, oświadczenia współautorów prac stanowiących przedmiot rozprawy habilitacyjnej, ilość cytowań, aktywność naukowo-badawczą przejawiającą się m.in. w liczbie realizowanych projektów badawczych, znakomite umiejętności w zakresie programowania, posługiwania się zaawansowanymi algorytmami i metodami oraz przeprowadzania eksperymentów komputerowych, współpracę naukową z ośrodkami zagranicznymi, udział w konferencjach międzynarodowych, dotychczasowe osiągnięcia dydaktyczne i organizacyjne, stwierdzam, że recenzowana rozprawa habilitacyjna spełnia z naddatkiem ustawowe wymogi, wnioskuję do Rady Instytutu Fizyki Politechniki Wrocławskiej o jej przyjęcie i dopuszczenie dra T. Czyszanowskiego do dalszych etapów przewodu przewodu habilitacyjnego. 21 Opracowane m.in. przez pracowników grupy naukowej profesora dra hab. Włodzimierza Nakwaskiego
16 6 Dane statystyczne W tym rozdziale-dodatku pozwalam sobie zamieścić kilka uwag oraz danych dotyczących rozwoju rynku laserów o emisji powierzchniowej. Jak pokazują diagramy zamieszczone poniżej, produkcja laserów typu VCSEL oraz rynek, od momentu załamania w 2001 r. (patrz rys. 3.), zaczęły ponownie rosnąć i swoje kolejne apogeum osiągnęły w 2008 r., kiedy to zyski ze sprzedaży laserów osiągnęły ponad 6,5 mld dolarów. Kolejne załamanie nastąpiło w 2009 roku 22, co było przejawem trwającej do dziś światowej recesji gospodarczej. Jednak począwszy od 2010 r. rynek odbudowuje się, a zyski ze sprzedaży laserów półprzewodnikowych osiągnęły w 2011 r. poziom odnotowany w 2008 r. Poniżej na kilku diagramach/wykresach przedstawiono wybrane dane statystyczne dotyczące zysków światowego przemysłu wytwarzającego lasery. Dane pochodzą ze stron internetowych e-czasopisma Laser Focus World 23. Rysunek 4: Zestawienie dochodów światowego przemysłu komercyjnego produkującego lasery. Rysunek 5: Zestawienie dochodów światowego przemysłu komercyjnego produkującego lasery z podziałem na kategorie zastosowań. W. Salejda 22 Tym razem spadek przychodów firm komercyjnych był rzędu 24%. 23 http://www.laserfocusworld.com/articles/2010/01/laser-marketplace.html i http://www.laserfocusworld.com/ articles/2011/01/annual-review-and-forecast-skies-may-be-clearing-but-fog-still-lingers.html.