Najnovejše raziskave o dvobarvnih polprevodniških laserjih

Najnovejše raziskave o dvobarvnih polprevodniških laserjih

Polprevodniški diskovni laserji (SDL laserji), znani tudi kot laserji z vertikalno zunanjo votlino za površinsko sevanje (VECSEL), so v zadnjih letih pritegnili veliko pozornosti. Združujejo prednosti polprevodniškega ojačanja in trdnotenskih resonatorjev. Ne le učinkovito zmanjšujejo omejitev emisijskega območja enomodne podpore za konvencionalne polprevodniške laserje, temveč imajo tudi fleksibilno zasnovo polprevodniške pasovne reže in visoke lastnosti ojačanja materiala. Uporabljajo se v številnih scenarijih uporabe, kot so nizki šumi.laser z ozko širino črteizhod, generiranje ultra kratkih impulzov z veliko ponovitvami, generiranje harmonikov višjega reda in tehnologija natrijevih vodilnih zvezd itd. Z napredkom tehnologije so bile postavljene višje zahteve glede prilagodljivosti valovnih dolžin. Na primer, dvojni koherentni svetlobni viri so pokazali izjemno visoko uporabno vrednost na novih področjih, kot so lidar proti motnjam, holografska interferometrija, komunikacija z valovno delitvenim multipleksiranjem, generacija srednjega infrardečega ali teraherčnega spektra in večbarvni optični frekvenčni glavniki. Kako doseči visoko svetlost dvobarvne emisije v polprevodniških diskovnih laserjih in učinkovito zatreti konkurenco ojačanja med več valovnimi dolžinami je bila vedno raziskovalna težava na tem področju.

Pred kratkim dvobarvnapolprevodniški laserKitajska ekipa je predlagala inovativno zasnovo čipa za reševanje tega izziva. S poglobljenimi numeričnimi raziskavami so ugotovili, da naj bi natančno uravnavanje temperaturnega filtriranja kvantnih jamic in učinkov filtriranja polprevodniških mikrovotlin doseglo fleksibilen nadzor nad dvojnim barvnim ojačanjem. Na podlagi tega je ekipa uspešno zasnovala čip za ojačanje z visoko svetlostjo 960/1000 nm. Ta laser deluje v osnovnem načinu blizu difrakcijske meje, z izhodno svetlostjo do približno 310 MW/cm²sr.

Ojačevalna plast polprevodniškega diska je debela le nekaj mikrometrov, med vmesnikom polprevodnik-zrak in spodnjim porazdeljenim Braggovim reflektorjem pa se tvori Fabry-Perotova mikrovotlina. Obravnava polprevodniške mikrovotline kot vgrajenega spektralnega filtra čipa bo modulirala ojačanje kvantne jame. Medtem imata učinek filtriranja mikrovotline in ojačanje polprevodnika različne hitrosti temperaturnega drifta. V kombinaciji s temperaturnim nadzorom je mogoče doseči preklapljanje in regulacijo izhodnih valovnih dolžin. Na podlagi teh značilnosti je ekipa izračunala in nastavila vrh ojačanja kvantne jame pri 950 nm pri temperaturi 300 K, pri čemer je hitrost temperaturnega drifta valovne dolžine ojačanja približno 0,37 nm/K. Nato je ekipa zasnovala vzdolžni faktor omejitve čipa z metodo prenosne matrike, z valovnimi dolžinami vrhov približno 960 nm oziroma 1000 nm. Simulacije so pokazale, da je hitrost temperaturnega drifta le 0,08 nm/K. Z uporabo tehnologije kemičnega nanašanja s paro kovinsko-organsko snovjo za epitaksialno rast in nenehno optimizacijo procesa rasti so bili uspešno izdelani visokokakovostni ojačevalni čipi. Rezultati meritev fotoluminiscence so popolnoma skladni z rezultati simulacije. Za zmanjšanje toplotne obremenitve in doseganje visokega prenosa moči je bil postopek pakiranja polprevodniških diamantnih čipov dodatno razvit.

Po končanem pakiranju čipa je ekipa izvedla celovito oceno delovanja laserja. V načinu neprekinjenega delovanja je mogoče z nadzorom moči črpalke ali temperature hladilnika valovno dolžino emisije fleksibilno prilagajati med 960 nm in 1000 nm. Ko je moč črpalke znotraj določenega območja, lahko laser doseže tudi delovanje z dvojno valovno dolžino, z intervalom valovnih dolžin do 39,4 nm. V tem času največja moč neprekinjenega valovanja doseže 3,8 W. Medtem laser deluje v osnovnem načinu blizu difrakcijske meje, s faktorjem kakovosti žarka M² le 1,1 in svetlostjo do približno 310 MW/cm²sr. Ekipa je izvedla tudi raziskavo o delovanju kvazi-neprekinjenega valovanja.laserSignal vsotne frekvence je bil uspešno opazovan z vstavitvijo nelinearnega optičnega kristala LiB₃O₅ v resonančno votlino, kar je potrdilo sinhronizacijo dvojnih valovnih dolžin.

S to domiselno zasnovo čipa je bila dosežena organska kombinacija filtriranja kvantnih jamic in filtriranja mikrovotlin, kar je postavilo temelje za realizacijo dvobarvnih laserskih virov. Kar zadeva kazalnike delovanja, ta enočipni dvobarvni laser dosega visoko svetlost, visoko fleksibilnost in natančen koaksialni izhodni žarek. Njegova svetlost je na vodilni mednarodni ravni na trenutnem področju enočipnih dvobarvnih polprevodniških laserjev. Kar zadeva praktično uporabo, se pričakuje, da bo ta dosežek učinkovito izboljšal natančnost zaznavanja in sposobnost preprečevanja motenj večbarvnega lidarja v kompleksnih okoljih z izkoriščanjem njegove visoke svetlosti in dvobarvnih lastnosti. Na področju optičnih frekvenčnih glavnikov lahko njegov stabilen izhod z dvojno valovno dolžino zagotovi ključno podporo za aplikacije, kot so natančne spektralne meritve in optično zaznavanje visoke ločljivosti.