Најновија истраживања о двобојним полупроводничким ласерима
Полупроводнички диск ласери (SDL ласери), познати и као вертикални ласери са површинском емитацијом са спољашњом шупљином (VECSEL), привукли су велику пажњу последњих година. Они комбинују предности полупроводничког појачања и чврстих резонатора. Не само да ефикасно ублажавају ограничење површине емисије једномодног носача за конвенционалне полупроводничке ласере, већ се одликују и флексибилним дизајном полупроводничког забрањеног опсега и високим карактеристикама појачања материјала. Могу се видети у широком спектру сценарија примене, као што је низак ниво шума.ласер са уском ширином линијеизлаз, генерисање ултракратких импулса са високим понављањем, генерисање хармоника високог реда и технологија натријумске водеће звезде, итд. Са напретком технологије, постављени су већи захтеви за флексибилност таласних дужина. На пример, кохерентни извори светлости са две таласне дужине показали су изузетно високу применљиву вредност у новим областима као што су лидар против интерференције, холографска интерферометрија, комуникација мултиплексирањем таласне дужине, генерисање средњег инфрацрвеног или терахерцног спектара и вишебојни оптички фреквентни чешљеви. Како постићи двобојну емисију високог сјаја у полупроводничким диск ласерима и ефикасно сузбити конкуренцију појачања међу више таласних дужина увек је био истраживачки проблем у овој области.
Недавно, двобојнаполупроводнички ласерТим у Кини је предложио иновативни дизајн чипа како би се решио овај изазов. Кроз детаљно нумеричко истраживање, открили су да се очекује да ће прецизно регулисање температурно повезаних ефеката филтрирања квантних бунара и филтрирања полупроводничких микрошупљина постићи флексибилну контролу двобојног појачања. На основу тога, тим је успешно пројектовао чип за појачање високе осветљености од 960/1000 нм. Овај ласер ради у фундаменталном режиму близу дифракционе границе, са излазном осветљеношћу високом и до приближно 310 MW/cm²sr.
Слој појачања полупроводничког диска је дебљине само неколико микрометара, а Фабри-Пероова микрошупљина се формира између полупроводничко-ваздушног интерфејса и доњег распоређеног Браговог рефлектора. Третирање полупроводничке микрошупљине као уграђеног спектралног филтера чипа модулираће појачање квантног бунара. У међувремену, ефекат филтрирања микрошупљине и полупроводничко појачање имају различите брзине температурног померања. У комбинацији са контролом температуре, може се постићи пребацивање и регулација излазних таласних дужина. На основу ових карактеристика, тим је израчунао и поставио врх појачања квантног бунара на 950 nm на температури од 300 K, са брзином температурног померања таласне дужине појачања од приближно 0,37 nm/K. Након тога, тим је пројектовао уздужни фактор ограничења чипа користећи метод матрице преноса, са вршним таласним дужинама од приближно 960 nm и 1000 nm респективно. Симулације су показале да је брзина температурног померања била само 0,08 nm/K. Коришћењем технологије хемијског таложења из паре метал-органских једињења за епитаксијални раст и континуираном оптимизацијом процеса раста, успешно су произведени висококвалитетни чипови са појачањем. Резултати мерења фотолуминесценције су потпуно у складу са резултатима симулације. Да би се ублажило термичко оптерећење и постигао пренос велике снаге, процес паковања полупроводничких дијамантских чипова је даље развијен.
Након завршетка паковања чипа, тим је спровео свеобухватну процену перформанси његовог ласера. У режиму континуираног рада, контролом снаге пумпе или температуре хладњака, таласна дужина емисије може се флексибилно подешавати између 960 nm и 1000 nm. Када је снага пумпе унутар одређеног опсега, ласер такође може постићи рад са две таласне дужине, са интервалом таласних дужина до 39,4 nm. У овом тренутку, максимална снага континуираног таласа достиже 3,8 W. У међувремену, ласер ради у основном режиму близу границе дифракције, са фактором квалитета снопа M² од само 1,1 и осветљеношћу високом до приближно 310 MW/cm²sr. Тим је такође спровео истраживање перформанси квази-континуираног таласа...ласерСигнал збирне фреквенције је успешно примећен уметањем нелинеарног оптичког кристала LiB₃O₅ у резонантну шупљину, потврђујући синхронизацију двоструких таласних дужина.
Овим генијалним дизајном чипа постигнута је органска комбинација квантног филтрирања појачања бунара и филтрирања микрошупљина, постављајући темеље за реализацију двобојних ласерских извора. Што се тиче индикатора перформанси, овај једночипови двобојни ласер постиже високу осветљеност, високу флексибилност и прецизан коаксијални излаз снопа. Његова осветљеност је на водећем међународном нивоу у тренутној области једночипових двобојних полупроводничких ласера. Што се тиче практичне примене, очекује се да ће ово достигнуће ефикасно побољшати тачност детекције и способност спречавања сметњи вишебојног лидара у сложеним окружењима користећи његову високу осветљеност и карактеристике двобојности. У области оптичких фреквентних чешљева, његов стабилан излаз двоструке таласне дужине може пружити кључну подршку за примене као што су прецизно спектрално мерење и оптичко детектовање високе резолуције.
Време објаве: 23. септембар 2025.