Najnovija istraživanja o dvobojnim poluprovodničkim laserima
Poluprovodnički disk laseri (SDL laseri), poznati i kao laseri sa vertikalnom vanjskom šupljinom i površinskom emisijom (VECSEL), privukli su mnogo pažnje posljednjih godina. Oni kombinuju prednosti poluprovodničkog pojačanja i rezonatora u čvrstom stanju. Ne samo da efikasno ublažavaju ograničenje područja emisije jednomodne podrške za konvencionalne poluprovodničke lasere, već imaju i fleksibilan dizajn poluprovodničkog energetskog procjepa i visoke karakteristike materijalnog pojačanja. Mogu se vidjeti u širokom rasponu scenarija primjene, kao što je nizak šum.laser uske širine linijeizlaz, generiranje ultrakratkih impulsa s visokim ponavljanjem, generiranje harmonika visokog reda i tehnologija natrijeve zvijezde vodiča itd. S napretkom tehnologije, postavljeni su veći zahtjevi za fleksibilnost valnih dužina. Na primjer, koherentni izvori svjetlosti s dvostrukom valnom dužinom pokazali su izuzetno visoku vrijednost primjene u novim poljima kao što su lidar protiv interferencije, holografska interferometrija, komunikacija multipleksiranjem valnih dužina, generiranje srednjeg infracrvenog ili terahercnog zračenja i višebojni optički frekventni češljevi. Kako postići dvobojnu emisiju visokog sjaja u poluprovodničkim disk laserima i efikasno suzbiti konkurenciju pojačanja među više valnih dužina oduvijek je bio istraživački izazov u ovoj oblasti.
Nedavno, dvobojnipoluprovodnički laserTim u Kini predložio je inovativan dizajn čipa kako bi se riješio ovaj izazov. Kroz dubinsko numeričko istraživanje, otkrili su da se očekuje da precizna regulacija temperaturno povezanih efekata filtriranja kvantnih jama i filtriranja poluprovodničkih mikrošupljina postigne fleksibilnu kontrolu dvostrukog pojačanja boje. Na osnovu toga, tim je uspješno dizajnirao čip za pojačanje visokog sjaja od 960/1000 nm. Ovaj laser radi u fundamentalnom modu blizu granice difrakcije, sa izlaznim sjajem visokim do približno 310 MW/cm²sr.
Sloj pojačanja poluprovodničkog diska je debeo samo nekoliko mikrometara, a Fabry-Perotova mikrošupljina se formira između poluprovodničkog interfejsa i vazduha i donjeg Braggovog reflektora. Tretiranje poluprovodničke mikrošupljine kao ugrađenog spektralnog filtera čipa modulirat će pojačanje kvantne jame. U međuvremenu, efekat filtriranja mikrošupljine i poluprovodničko pojačanje imaju različite brzine temperaturnog drifta. U kombinaciji s kontrolom temperature, može se postići prebacivanje i regulacija izlaznih talasnih dužina. Na osnovu ovih karakteristika, tim je izračunao i postavio vrh pojačanja kvantne jame na 950 nm na temperaturi od 300 K, sa brzinom temperaturnog drifta talasne dužine pojačanja od približno 0,37 nm/K. Nakon toga, tim je dizajnirao longitudinalni faktor ograničenja čipa koristeći metodu matrice prenosa, sa vršnim talasnim dužinama od približno 960 nm i 1000 nm respektivno. Simulacije su pokazale da je brzina temperaturnog drifta bila samo 0,08 nm/K. Korištenjem tehnologije metal-organskog hemijskog taloženja iz pare za epitaksijalni rast i kontinuiranom optimizacijom procesa rasta, uspješno su izrađeni visokokvalitetni čipovi za pojačanje. Rezultati mjerenja fotoluminiscencije su u potpunosti u skladu s rezultatima simulacije. Kako bi se ublažilo termičko opterećenje i postigao prijenos velike snage, proces pakiranja poluvodičkih i dijamantskih čipova je dalje razvijen.
Nakon završetka pakovanja čipa, tim je sproveo sveobuhvatnu procjenu performansi njegovog lasera. U kontinuiranom režimu rada, kontrolisanjem snage pumpe ili temperature hladnjaka, talasna dužina emisije može se fleksibilno podešavati između 960 nm i 1000 nm. Kada je snaga pumpe unutar određenog opsega, laser može postići i rad sa dvije talasne dužine, sa intervalom talasnih dužina do 39,4 nm. U ovom trenutku, maksimalna snaga kontinuiranog talasa dostiže 3,8 W. U međuvremenu, laser radi u fundamentalnom režimu blizu granice difrakcije, sa faktorom kvaliteta snopa M² od samo 1,1 i sjajem visokim do približno 310 MW/cm²sr. Tim je također sproveo istraživanje o performansama kvazi-kontinuiranog talasa...laserSignal sumarne frekvencije uspješno je uočen umetanjem nelinearnog optičkog kristala LiB₃O₅ u rezonantnu šupljinu, što potvrđuje sinhronizaciju dvostrukih talasnih dužina.
Kroz ovaj genijalni dizajn čipa, postignuta je organska kombinacija filtriranja kvantnog pojačanja i filtriranja mikrošupljina, postavljajući dizajnersku osnovu za realizaciju dvobojnih laserskih izvora. Što se tiče pokazatelja performansi, ovaj jednočipni dvobojni laser postiže visoku svjetlinu, visoku fleksibilnost i precizan koaksijalni izlaz snopa. Njegova svjetlina je na vodećem međunarodnom nivou u trenutnom području jednočipnih dvobojnih poluprovodničkih lasera. Što se tiče praktične primjene, očekuje se da će ovo dostignuće efikasno poboljšati tačnost detekcije i sposobnost sprečavanja smetnji višebojnog ladara u složenim okruženjima iskorištavanjem njegove visoke svjetline i dvobojnih karakteristika. U području optičkih frekventnih češljeva, njegov stabilan izlaz dvostruke talasne dužine može pružiti ključnu podršku za primjene kao što su precizno spektralno mjerenje i optičko očitavanje visoke rezolucije.
Vrijeme objave: 23. septembar 2025.