Uusin tutkimus kaksivärisistä puolijohdelasereista

Uusin tutkimus kaksivärisistä puolijohdelasereista

Puolijohdelevylaserit (SDL-laserit), jotka tunnetaan myös vertikaalisina ulkoontelopinta-emittoivina lasereina (VECSEL), ovat herättäneet paljon huomiota viime vuosina. Ne yhdistävät puolijohdevahvistuksen ja puolijohderesonaattorien edut. Ne eivät ainoastaan ​​lievennä tehokkaasti perinteisten puolijohdelasereiden yksimuototuen emissioalueen rajoituksia, vaan niillä on myös joustava puolijohdekaistan säätö ja korkeat materiaalivahvistusominaisuudet. Niitä voidaan käyttää monenlaisissa sovelluskohteissa, kuten vähäkohinaisissa...kapeaviivainen laserlähtö, erittäin lyhyiden, usein toistuvien pulssien generointi, korkean kertaluvun harmonisten generointi ja natriumohjaustähtiteknologia jne. Teknologian kehittyessä sen aallonpituusjoustavuudelle on asetettu korkeampia vaatimuksia. Esimerkiksi kahden aallonpituuden koherentit valonlähteet ovat osoittaneet erittäin korkeaa sovellusarvoa uusilla aloilla, kuten häiriönesto-lidarissa, holografisessa interferometriassa, aallonpituusjako-multipleksointiviestinnässä, keski-infrapuna- tai terahertsiaallon generoinnissa ja monivärisissä optisissa taajuuskammoissa. Puolijohdelevylasereiden korkean kirkkauden omaavan kaksiväriemission saavuttaminen ja useiden aallonpituuksien välisen vahvistuskilpailun tehokas estäminen on aina ollut tutkimuksen vaikeus tällä alalla.

Äskettäin kaksivärinenpuolijohdelaserKiinalainen tiimi on ehdottanut innovatiivista sirusuunnittelua tämän haasteen ratkaisemiseksi. Perusteellisen numeerisen tutkimuksen avulla he havaitsivat, että lämpötilaan liittyvän kvanttikaivovahvistuksen suodatuksen ja puolijohteiden mikroonteloiden suodatusvaikutusten tarkan säätämisen odotetaan saavuttavan joustavan kaksivärisen vahvistuksen hallinnan. Tämän perusteella tiimi suunnitteli onnistuneesti 960/1000 nm:n suuren kirkkauden vahvistuslaserin. Tämä laser toimii perustilassa lähellä diffraktiorajaa, ja sen lähtökirkkaus on jopa noin 310 MW/cm²sr.

Puolijohdelevyn vahvistuskerros on vain muutaman mikrometrin paksuinen, ja puolijohde-ilma-rajapinnan ja pohjassa olevan hajautetun Bragg-heijastimen väliin muodostuu Fabry-Perot-mikroontelo. Puolijohdemikroontelon käsittely sirun sisäänrakennettuna spektrisuodattimena moduloi kvanttikaivon vahvistusta. Samalla mikroontelon suodatusvaikutuksella ja puolijohdevahvistuksella on erilaiset lämpötilan ajelehtimisnopeudet. Yhdistettynä lämpötilan säätöön voidaan saavuttaa lähtöaallonpituuksien kytkentä ja säätö. Näiden ominaisuuksien perusteella tiimi laski ja asetti kvanttikaivon vahvistushuipun 950 nm:iin 300 K:n lämpötilassa, vahvistusaallonpituuden lämpötilan ajelehtimisnopeuden ollessa noin 0,37 nm/K. Myöhemmin tiimi suunnitteli sirun pitkittäisrajoituskertoimen käyttämällä läpäisymatriisimenetelmää, huippuaallonpituuksien ollessa noin 960 nm ja 1000 nm. Simulaatiot osoittivat, että lämpötilan ajelehtimisnopeus oli vain 0,08 nm/K. Käyttämällä metalliorgaanista kemiallista höyrypinnoitustekniikkaa epitaksiaaliseen kasvuun ja optimoimalla jatkuvasti kasvuprosessia, valmistettiin onnistuneesti korkealaatuisia vahvistussiruja. Fotoluminesenssin mittaustulokset ovat täysin yhdenmukaisia ​​simulaatiotulosten kanssa. Lämpökuormituksen lieventämiseksi ja suuren tehonsiirron saavuttamiseksi puolijohde-timanttisirupakkausprosessia on kehitetty edelleen.

Saatuaan sirun pakkauksen valmiiksi tiimi suoritti kattavan arvioinnin laserin suorituskyvystä. Jatkuvassa toimintatilassa pumpun tehoa tai jäähdytysrivan lämpötilaa säätämällä emissioaallonpituutta voidaan säätää joustavasti 960 nm:n ja 1000 nm:n välillä. Kun pumpun teho on tietyllä alueella, laser voi myös saavuttaa kahden aallonpituuden toiminnan, jonka aallonpituusväli on jopa 39,4 nm. Tällöin jatkuvan aallon maksimiteho saavuttaa 3,8 W. Samaan aikaan laser toimii perustilassa lähellä diffraktiorajaa, säteen laatukertoimen M² ollessa vain 1,1 ja kirkkauden ollessa jopa noin 310 MW/cm²sr. Tiimi teki myös tutkimusta laserin lähes jatkuvan aallon suorituskyvystä.laserSummataajuussignaali havaittiin onnistuneesti asettamalla LiB₃O₅-epälineaarinen optinen kide resonanssionteloon, mikä vahvisti kahden aallonpituuden synkronoinnin.

Tämän nerokkaan sirusuunnittelun avulla on saavutettu kvanttikaivosuodatuksen ja mikroontelosuodatuksen orgaaninen yhdistelmä, joka luo pohjan kaksiväristen laserlähteiden toteuttamiselle. Suorituskykyindikaattoreiden osalta tämä yksisiruinen kaksivärinen laser saavuttaa korkean kirkkauden, suuren joustavuuden ja tarkan koaksiaalisäteen. Sen kirkkaus on kansainvälisesti johtavaa tasoa yksisiruisten kaksiväristen puolijohdelasereiden nykyisessä alalla. Käytännön sovelluksen kannalta tämän saavutuksen odotetaan parantavan tehokkaasti monivärisen lidarin havaitsemistarkkuutta ja häiriönsietokykyä monimutkaisissa ympäristöissä hyödyntämällä sen korkeaa kirkkautta ja kaksivärisiä ominaisuuksia. Optisten taajuuskampojen alalla sen vakaa kahden aallonpituuden lähtö voi tarjota ratkaisevaa tukea sovelluksille, kuten tarkka spektrimittaus ja korkean resoluution optinen tunnistus.