Најновото истражување за полупроводнички ласери со двојна боја

Најновото истражување за полупроводнички ласери со двојна боја

Полупроводничките дискови ласери (SDL ласери), исто така познати како вертикални ласери со надворешна шуплина што емитуваат површина (VECSEL), привлекоа големо внимание во последниве години. Тие ги комбинираат предностите на полупроводничкото засилување и резонаторите во цврста состојба. Тие не само што ефикасно го ублажуваат ограничувањето на површината на емисија на едномодна поддршка за конвенционалните полупроводнички ласери, туку се одликуваат и со флексибилен дизајн на полупроводнички енергетски јаз и карактеристики на високо засилување на материјалот. Може да се видат во широк спектар на сценарија на примена, како што се нискобуџетни ласерски системи.ласер со тесна ширина на линијатаизлез, генерирање на ултра-кратки импулси со високо повторување, генерирање на хармоници од висок ред и технологија на натриумски водилки итн. Со напредокот на технологијата, се поставија повисоки барања за нејзината флексибилност на брановата должина. На пример, кохерентните извори на светлина со двојна бранова должина покажаа исклучително висока применлива вредност во новите области како што се лидар против интерференција, холографска интерферометрија, комуникација со мултиплексирање со бранова должина, средно инфрацрвено или терахерцово генерирање и повеќебојни оптички фреквентни чешли. Како да се постигне емисија со двојна боја со висока осветленост кај полупроводнички дискови ласери и ефикасно да се потисне конкуренцијата на засилување помеѓу повеќе бранови должини отсекогаш претставувало тешкотија во истражувањето во оваа област.

Неодамна, двобојнаполупроводнички ласерТим во Кина предложи иновативен дизајн на чип за да се справи со овој предизвик. Преку длабинско нумеричко истражување, тие открија дека прецизното регулирање на филтрирањето на квантното засилување на бунарот поврзано со температурата и ефектите на филтрирање на полупроводничките микрошуплини се очекува да постигне флексибилна контрола на двојното засилување на боите. Врз основа на ова, тимот успешно дизајнираше чип со засилување од 960/1000 nm со висока осветленост. Овој ласер работи во фундаментален режим близу до границата на дифракција, со излезна осветленост висока до приближно 310 MW/cm²sr.

Слојот на засилување на полупроводничкиот диск е дебел само неколку микрометри, а помеѓу интерфејсот полупроводник-воздух и долниот дистрибуиран Брагов рефлектор е формирана Фабри-Перова микрошуплина. Третирањето на полупроводничката микрошуплина како вграден спектрален филтер на чипот ќе го модулира засилувањето на квантниот бунар. Во меѓувреме, ефектот на филтрирање на микрошуплини и засилувањето на полупроводникот имаат различни стапки на температурно поместување. Во комбинација со контрола на температурата, може да се постигне префрлување и регулирање на излезните бранови должини. Врз основа на овие карактеристики, тимот го пресмета и постави врвот на засилување на квантниот бунар на 950 nm на температура од 300 K, при што стапката на температурно поместување на брановата должина на засилувањето е приближно 0,37 nm/K. Последователно, тимот го дизајнираше факторот на лонгитудинално ограничување на чипот користејќи го методот на трансмисиона матрица, со врвни бранови должини од приближно 960 nm и 1000 nm, соодветно. Симулациите покажаа дека стапката на температурно поместување е само 0,08 nm/K. Со користење на технологија за таложење на пареа од метално-органски хемиски соединенија за епитаксијален раст и континуирано оптимизирање на процесот на раст, успешно се изработени висококвалитетни чипови за засилување. Резултатите од мерењето на фотолуминисценцијата се целосно во согласност со резултатите од симулацијата. За да се ублажи термичкото оптоварување и да се постигне пренос на висока моќност, процесот на пакување на полупроводнички дијамантски чип е дополнително развиен.

По завршувањето на пакувањето на чипот, тимот спроведе сеопфатна проценка на перформансите на неговиот ласер. Во режим на континуирано работење, со контролирање на моќноста на пумпата или температурата на ладилникот, брановата должина на емисијата може флексибилно да се прилагоди помеѓу 960 nm и 1000 nm. Кога моќноста на пумпата е во одреден опсег, ласерот може да постигне и работа со двојна бранова должина, со интервал на бранови должини до 39,4 nm. Во овој момент, максималната моќност на континуираниот бран достигнува 3,8 W. Во меѓувреме, ласерот работи во фундаментален режим близу до границата на дифракција, со фактор на квалитет на зракот M² од само 1,1 и осветленост висока до приближно 310 MW/cm²sr. Тимот, исто така, спроведе истражување за перформансите на квази-континуирани бранови наласерСигналот на збирната фреквенција беше успешно забележан со вметнување на нелинеарниот оптички кристал LiB₃O₅ во резонантната празнина, со што се потврди синхронизацијата на двојните бранови должини.

Преку овој генијален дизајн на чип, постигната е органска комбинација од филтрирање на квантно засилување и филтрирање на микрошуплини, поставувајќи основа за дизајн за реализација на двобојни ласерски извори. Во однос на индикаторите за перформанси, овој едночип двобоен ласер постигнува висока осветленост, висока флексибилност и прецизен излез на коаксијален зрак. Неговата осветленост е на меѓународно водечко ниво во сегашната област на едночипни двобојни полупроводнички ласери. Во однос на практичната примена, се очекува ова достигнување ефикасно да ја подобри точноста на детекцијата и способноста против пречки на повеќебојниот лидар во сложени средини со искористување на неговата висока осветленост и двобојни карактеристики. Во областа на оптичките фреквентни чешли, неговиот стабилен излез со двојна бранова должина може да обезбеди клучна поддршка за апликации како што се прецизно спектрално мерење и оптичко сензорирање со висока резолуција.