Най-новите изследвания върху двуцветни полупроводникови лазери

Най-новите изследвания върху двуцветни полупроводникови лазери

Полупроводниковите дискови лазери (SDL лазери), известни още като вертикални лазери с външна резонаторна повърхностно излъчване (VECSEL), привлякоха голямо внимание през последните години. Те съчетават предимствата на полупроводниковото усилване и твърдотелните резонатори. Те не само ефективно облекчават ограничението на емисионната площ на едномодовата поддръжка за конвенционалните полупроводникови лазери, но също така се отличават с гъвкав дизайн на полупроводниковата забранена зона и високи характеристики на материално усилване. Могат да се видят в широк спектър от сценарии на приложение, като например нискошумови лазери.лазер с тясна ширина на линиятаизход, генериране на ултракъси импулси с висока честота на повторение, генериране на хармоници от висок порядък и технология с натриева водеща звезда и др. С напредъка на технологиите бяха поставени по-високи изисквания за гъвкавост на дължината на вълната. Например, кохерентните светлинни източници с двойна дължина на вълната демонстрираха изключително висока приложна стойност в нововъзникващи области като лидар против смущения, холографска интерферометрия, комуникация с мултиплексиране с разделяне на дължината на вълната, генериране в среден инфрачервен или терагерцов спектър и многоцветни оптични честотни гребени. Как да се постигне двуцветна емисия с висока яркост в полупроводникови дискови лазери и ефективно да се потисне конкуренцията за усилване между множество дължини на вълната винаги е било изследователска трудност в тази област.

Наскоро, двуцветенполупроводников лазерЕкип от учени в Китай предложи иновативен дизайн на чип, за да се справи с това предизвикателство. Чрез задълбочени числени изследвания те установиха, че прецизното регулиране на температурно-зависимите ефекти на филтриране на квантовите ями и филтриране на полупроводникови микрокухини се очаква да постигне гъвкав контрол на двуцветното усилване. Въз основа на това екипът успешно проектира чип за усилване с висока яркост 960/1000 nm. Този лазер работи във фундаментален режим близо до дифракционната граница, с изходна яркост до приблизително 310 MW/cm²sr.

Усилващият слой на полупроводниковия диск е с дебелина само няколко микрометра, а между интерфейса полупроводник-въздух и долния разпределен Брагов рефлектор се образува микрокухина на Фабри-Перо. Третирането на полупроводниковата микрокухина като вграден спектрален филтър на чипа ще модулира усилването на квантовата яма. Междувременно, ефектът на филтриране на микрокухината и усилването на полупроводника имат различни скорости на температурен дрейф. В комбинация с контрол на температурата може да се постигне превключване и регулиране на изходните дължини на вълните. Въз основа на тези характеристики екипът изчисли и зададе пика на усилване на квантовата яма при 950 nm при температура 300 K, като скоростта на температурен дрейф на дължината на вълната на усилване е приблизително 0,37 nm/K. Впоследствие екипът проектирал надлъжния коефициент на ограничение на чипа, използвайки метода на матрицата на пропускане, с пикови дължини на вълните съответно приблизително 960 nm и 1000 nm. Симулациите разкриха, че скоростта на температурен дрейф е само 0,08 nm/K. Чрез използване на технология за металоорганично химическо отлагане от пари за епитаксиален растеж и непрекъснато оптимизиране на процеса на растеж, успешно бяха произведени висококачествени чипове за усилване. Резултатите от измерванията на фотолуминесценцията са напълно съвместими с резултатите от симулацията. За да се облекчи топлинното натоварване и да се постигне предаване на висока мощност, процесът на опаковане на полупроводникови диамантени чипове е допълнително усъвършенстван.

След завършване на опаковането на чипа, екипът проведе цялостна оценка на лазерните му характеристики. В режим на непрекъсната работа, чрез контролиране на мощността на помпата или температурата на радиатора, дължината на вълната на емисията може да се регулира гъвкаво между 960 nm и 1000 nm. Когато мощността на помпата е в определен диапазон, лазерът може да постигне работа с две дължини на вълната, с интервал на дължината на вълната до 39,4 nm. В този момент максималната мощност на непрекъснатата вълна достига 3,8 W. В същото време лазерът работи във фундаментален режим близо до дифракционната граница, с коефициент на качество на лъча M² само 1,1 и яркост до приблизително 310 MW/cm²sr. Екипът проведе и изследвания върху квазинепрекъснатите характеристики на вълната.лазерСигналът за сумарната честота беше успешно наблюдаван чрез вмъкване на нелинейния оптичен кристал LiB₃O₅ в резонансната кухина, потвърждавайки синхронизацията на двойните дължини на вълните.

Чрез този гениален дизайн на чипа е постигната органичната комбинация от филтриране на квантовите ями и филтриране на микрокухините, полагайки основите за реализиране на двуцветни лазерни източници. По отношение на показателите за производителност, този едночипов двуцветен лазер постига висока яркост, висока гъвкавост и прецизен коаксиален лъчев изход. Неговата яркост е на водещо международно ниво в съвременната област на едночиповите двуцветни полупроводникови лазери. От гледна точка на практическото приложение се очаква това постижение ефективно да подобри точността на откриване и способността за предотвратяване на смущения на многоцветния лидар в сложни среди, като използва високата си яркост и двуцветни характеристики. В областта на оптичните честотни гребени, стабилният му двувълнов изход може да осигури решаваща подкрепа за приложения като прецизно спектрално измерване и оптично наблюдение с висока резолюция.