Η τελευταία έρευνα για τα λέιζερ ημιαγωγών διπλού χρώματος

Η τελευταία έρευνα για τα λέιζερ ημιαγωγών διπλού χρώματος

Τα λέιζερ ημιαγωγών δίσκων (λέιζερ SDL), επίσης γνωστά ως λέιζερ κατακόρυφης εξωτερικής κοιλότητας με επιφανειακή εκπομπή (VECSEL), έχουν προσελκύσει μεγάλη προσοχή τα τελευταία χρόνια. Συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα του κέρδους ημιαγωγών και των συντονιστών στερεάς κατάστασης. Όχι μόνο μετριάζουν αποτελεσματικά τον περιορισμό της περιοχής εκπομπής της μονότροπης υποστήριξης για συμβατικά λέιζερ ημιαγωγών, αλλά διαθέτουν επίσης ευέλικτο σχεδιασμό ενεργειακού χάσματος ημιαγωγών και υψηλά χαρακτηριστικά κέρδους υλικού. Μπορεί να παρατηρηθεί σε ένα ευρύ φάσμα σεναρίων εφαρμογής, όπως χαμηλού θορύβου.λέιζερ στενού πλάτους γραμμήςέξοδος, παραγωγή εξαιρετικά σύντομων παλμών υψηλής επανάληψης, παραγωγή αρμονικών υψηλής τάξης και τεχνολογία οδηγών αστεριών νατρίου, κ.λπ. Με την πρόοδο της τεχνολογίας, έχουν προταθεί υψηλότερες απαιτήσεις για την ευελιξία του μήκους κύματος. Για παράδειγμα, οι συνεκτικές πηγές φωτός διπλού μήκους κύματος έχουν επιδείξει εξαιρετικά υψηλή αξία εφαρμογής σε αναδυόμενους τομείς όπως το lidar κατά των παρεμβολών, η ολογραφική συμβολομετρία, η επικοινωνία πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος, η παραγωγή μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας ή terahertz και οι χτένες οπτικής συχνότητας πολλαπλών χρωμάτων. Ο τρόπος επίτευξης εκπομπής διπλού χρώματος υψηλής φωτεινότητας σε λέιζερ δίσκου ημιαγωγών και η αποτελεσματική καταστολή του ανταγωνισμού κέρδους μεταξύ πολλαπλών μηκών κύματος αποτελούσε πάντα μια ερευνητική δυσκολία σε αυτόν τον τομέα.

Πρόσφατα, ένα δίχρωμολέιζερ ημιαγωγώνΜια ομάδα στην Κίνα πρότεινε έναν καινοτόμο σχεδιασμό τσιπ για την αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης. Μέσω εις βάθος αριθμητικής έρευνας, διαπίστωσαν ότι η ακριβής ρύθμιση των φαινομένων φιλτραρίσματος κέρδους κβαντικού φρέατος που σχετίζονται με τη θερμοκρασία και φιλτραρίσματος μικροκοιλοτήτων ημιαγωγών αναμένεται να επιτύχει ευέλικτο έλεγχο του κέρδους διπλού χρώματος. Με βάση αυτό, η ομάδα σχεδίασε με επιτυχία ένα τσιπ κέρδους υψηλής φωτεινότητας 960/1000 nm. Αυτό το λέιζερ λειτουργεί σε θεμελιώδη λειτουργία κοντά στο όριο περίθλασης, με φωτεινότητα εξόδου έως και 310 MW/cm²sr.

Το στρώμα κέρδους του ημιαγωγικού δίσκου έχει πάχος μόνο λίγα μικρόμετρα και σχηματίζεται μια μικροκοιλότητα Fabry-Perot μεταξύ της διεπαφής ημιαγωγού-αέρα και του κατώτερου κατανεμημένου ανακλαστήρα Bragg. Η αντιμετώπιση της μικροκοιλότητας ημιαγωγού ως ενσωματωμένου φασματικού φίλτρου του τσιπ θα διαμορφώσει το κέρδος του κβαντικού φρέατος. Εν τω μεταξύ, το φαινόμενο φιλτραρίσματος μικροκοιλοτήτων και το κέρδος ημιαγωγού έχουν διαφορετικούς ρυθμούς μετατόπισης θερμοκρασίας. Σε συνδυασμό με τον έλεγχο της θερμοκρασίας, μπορεί να επιτευχθεί η εναλλαγή και η ρύθμιση των μηκών κύματος εξόδου. Με βάση αυτά τα χαρακτηριστικά, η ομάδα υπολόγισε και όρισε την κορυφή κέρδους του κβαντικού φρέατος στα 950 nm σε θερμοκρασία 300 K, με τον ρυθμό μετατόπισης θερμοκρασίας του μήκους κύματος κέρδους να είναι περίπου 0,37 nm/K. Στη συνέχεια, η ομάδα σχεδίασε τον διαμήκη παράγοντα περιορισμού του τσιπ χρησιμοποιώντας τη μέθοδο μήτρας μετάδοσης, με μήκη κύματος κορυφής περίπου 960 nm και 1000 nm αντίστοιχα. Οι προσομοιώσεις αποκάλυψαν ότι ο ρυθμός μετατόπισης θερμοκρασίας ήταν μόνο 0,08 nm/K. Χρησιμοποιώντας τεχνολογία εναπόθεσης ατμών μεταλλο-οργανικής χημικής σύνθεσης για επιταξιακή ανάπτυξη και βελτιστοποιώντας συνεχώς τη διαδικασία ανάπτυξης, κατασκευάστηκαν με επιτυχία τσιπ κέρδους υψηλής ποιότητας. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων της φωτοφωταύγειας συμφωνούν απόλυτα με τα αποτελέσματα της προσομοίωσης. Για την ελάφρυνση του θερμικού φορτίου και την επίτευξη υψηλής μετάδοσης ισχύος, η διαδικασία συσκευασίας τσιπ ημιαγωγών-διαμαντιών έχει αναπτυχθεί περαιτέρω.

Μετά την ολοκλήρωση της συσκευασίας του τσιπ, η ομάδα διεξήγαγε μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση της απόδοσης του λέιζερ. Σε λειτουργία συνεχούς λειτουργίας, ελέγχοντας την ισχύ της αντλίας ή τη θερμοκρασία της ψύκτρας, το μήκος κύματος εκπομπής μπορεί να ρυθμιστεί ευέλικτα μεταξύ 960 nm και 1000 nm. Όταν η ισχύς της αντλίας βρίσκεται εντός ενός συγκεκριμένου εύρους, το λέιζερ μπορεί επίσης να επιτύχει λειτουργία διπλού μήκους κύματος, με διάστημα μήκους κύματος έως 39,4 nm. Αυτή τη στιγμή, η μέγιστη ισχύς συνεχούς κύματος φτάνει τα 3,8 W. Εν τω μεταξύ, το λέιζερ λειτουργεί σε βασική λειτουργία κοντά στο όριο περίθλασης, με συντελεστή ποιότητας δέσμης M² μόνο 1,1 και φωτεινότητα έως και 310 MW/cm²sr. Η ομάδα διεξήγαγε επίσης έρευνα σχετικά με την απόδοση σχεδόν συνεχούς κύματος τουλέιζερΤο σήμα αθροιστικής συχνότητας παρατηρήθηκε με επιτυχία εισάγοντας τον μη γραμμικό οπτικό κρύσταλλο LiB₃O₅ στην κοιλότητα συντονισμού, επιβεβαιώνοντας τον συγχρονισμό των διπλών μηκών κύματος.

Μέσω αυτού του έξυπνου σχεδιασμού τσιπ, έχει επιτευχθεί ο οργανικός συνδυασμός φιλτραρίσματος κβαντικού κέρδους και φιλτραρίσματος μικροκοιλοτήτων, θέτοντας τα θεμέλια σχεδιασμού για την υλοποίηση πηγών λέιζερ διπλού χρώματος. Όσον αφορά τους δείκτες απόδοσης, αυτό το μονοτσιπ λέιζερ διπλού χρώματος επιτυγχάνει υψηλή φωτεινότητα, υψηλή ευελιξία και ακριβή ομοαξονική έξοδο δέσμης. Η φωτεινότητά του βρίσκεται στο κορυφαίο διεθνές επίπεδο στον τρέχοντα τομέα των μονοτσιπ λέιζερ ημιαγωγών διπλού χρώματος. Όσον αφορά την πρακτική εφαρμογή, αυτό το επίτευγμα αναμένεται να βελτιώσει αποτελεσματικά την ακρίβεια ανίχνευσης και την ικανότητα αντι-παρεμβολής του πολύχρωμου lidar σε σύνθετα περιβάλλοντα, αξιοποιώντας τα χαρακτηριστικά υψηλής φωτεινότητας και διπλού χρώματος. Στον τομέα των οπτικών χτένων συχνότητας, η σταθερή έξοδος διπλού μήκους κύματος μπορεί να παρέχει κρίσιμη υποστήριξη για εφαρμογές όπως η ακριβής φασματική μέτρηση και η οπτική ανίχνευση υψηλής ανάλυσης.