Kajian terkini mengenai laser semikonduktor dwi-warna

Kajian terkini mengenai laser semikonduktor dwi-warna

Laser cakera semikonduktor (laser SDL), juga dikenali sebagai laser pemancar permukaan rongga luaran menegak (VECSEL), telah menarik banyak perhatian sejak kebelakangan ini. Ia menggabungkan kelebihan gandaan semikonduktor dan resonator keadaan pepejal. Ia bukan sahaja berkesan mengurangkan had kawasan pancaran sokongan mod tunggal untuk laser semikonduktor konvensional, tetapi juga mempunyai reka bentuk jurang jalur semikonduktor yang fleksibel dan ciri gandaan bahan yang tinggi. Ia boleh dilihat dalam pelbagai senario aplikasi, seperti hingar rendah.laser lebar garis sempitoutput, penjanaan denyut ulangan tinggi ultra pendek, penjanaan harmonik tertib tinggi, dan teknologi bintang panduan natrium, dan sebagainya. Dengan kemajuan teknologi, keperluan yang lebih tinggi telah dikemukakan untuk fleksibiliti panjang gelombangnya. Contohnya, sumber cahaya koheren dwi-panjang gelombang telah menunjukkan nilai aplikasi yang sangat tinggi dalam bidang baru muncul seperti lidar anti-gangguan, interferometri holografik, komunikasi pemultipleksan pembahagian panjang gelombang, penjanaan inframerah pertengahan atau terahertz, dan sikat frekuensi optik berbilang warna. Cara mencapai pancaran dwi-warna kecerahan tinggi dalam laser cakera semikonduktor dan menyekat persaingan gandaan antara pelbagai panjang gelombang secara berkesan sentiasa menjadi kesukaran penyelidikan dalam bidang ini.

Baru-baru ini, dwi-warnalaser semikonduktorPasukan di China telah mencadangkan reka bentuk cip inovatif untuk menangani cabaran ini. Melalui kajian berangka yang mendalam, mereka mendapati bahawa pengawalseliaan tepat penapisan perolehan telaga kuantum yang berkaitan dengan suhu dan kesan penapisan mikrorongga semikonduktor dijangka mencapai kawalan fleksibel bagi perolehan dwi-warna. Berdasarkan ini, pasukan ini berjaya mereka bentuk cip perolehan kecerahan tinggi 960/1000 nm. Laser ini beroperasi dalam mod asas berhampiran had pembelauan, dengan kecerahan output setinggi kira-kira 310 MW/cm²sr.

Lapisan gandaan cakera semikonduktor hanya setebal beberapa mikrometer, dan rongga mikro Fabry-Perot terbentuk di antara antara muka semikonduktor-udara dan reflektor Bragg teragih bawah. Melayan rongga mikro semikonduktor sebagai penapis spektrum terbina dalam cip akan memodulasi gandaan telaga kuantum. Sementara itu, kesan penapisan rongga mikro dan gandaan semikonduktor mempunyai kadar hanyutan suhu yang berbeza. Digabungkan dengan kawalan suhu, pensuisan dan pengawalaturan panjang gelombang output boleh dicapai. Berdasarkan ciri-ciri ini, pasukan mengira dan menetapkan puncak gandaan telaga kuantum pada 950 nm pada suhu 300 K, dengan kadar hanyutan suhu panjang gelombang gandaan adalah kira-kira 0.37 nm/K. Seterusnya, pasukan mereka bentuk faktor kekangan membujur cip menggunakan kaedah matriks penghantaran, dengan panjang gelombang puncak masing-masing kira-kira 960 nm dan 1000 nm. Simulasi mendedahkan bahawa kadar hanyutan suhu hanya 0.08 nm/K. Dengan menggunakan teknologi pemendapan wap kimia logam-organik untuk pertumbuhan epitaksi dan mengoptimumkan proses pertumbuhan secara berterusan, cip gandaan berkualiti tinggi telah berjaya dihasilkan. Keputusan pengukuran fotoluminesen adalah konsisten sepenuhnya dengan keputusan simulasi. Untuk mengurangkan beban haba dan mencapai penghantaran kuasa tinggi, proses pembungkusan cip semikonduktor-berlian telah dibangunkan lebih lanjut.

Selepas melengkapkan pembungkusan cip, pasukan tersebut menjalankan penilaian komprehensif terhadap prestasi lasernya. Dalam mod operasi berterusan, dengan mengawal kuasa pam atau suhu sink haba, panjang gelombang pancaran boleh dilaraskan secara fleksibel antara 960 nm dan 1000 nm. Apabila kuasa pam berada dalam julat tertentu, laser juga boleh mencapai operasi panjang gelombang dwi, ​​dengan selang panjang gelombang sehingga 39.4 nm. Pada masa ini, kuasa gelombang berterusan maksimum mencapai 3.8 W. Sementara itu, laser beroperasi dalam mod asas berhampiran had pembelauan, dengan faktor kualiti pancaran M² hanya 1.1 dan kecerahan setinggi kira-kira 310 MW/cm²sr. Pasukan itu juga menjalankan penyelidikan mengenai prestasi gelombang separa berterusan bagilaserIsyarat frekuensi jumlah berjaya diperhatikan dengan memasukkan kristal optik tak linear LiB₃O₅ ke dalam rongga resonan, mengesahkan penyegerakan panjang gelombang dwi.

Melalui reka bentuk cip yang bijak ini, gabungan organik penapisan gandaan telaga kuantum dan penapisan mikrorongga telah dicapai, meletakkan asas reka bentuk untuk merealisasikan sumber laser dwi-warna. Dari segi penunjuk prestasi, laser dwi-warna cip tunggal ini mencapai kecerahan tinggi, fleksibiliti tinggi dan output pancaran sepaksi yang tepat. Kecerahannya berada pada tahap peneraju antarabangsa dalam bidang semasa laser semikonduktor dwi-warna cip tunggal. Dari segi aplikasi praktikal, pencapaian ini dijangka dapat meningkatkan ketepatan pengesanan dan keupayaan anti-gangguan lidar berbilang warna secara berkesan dalam persekitaran kompleks dengan memanfaatkan kecerahan tinggi dan ciri-ciri dwi-warnanya. Dalam bidang sikat frekuensi optik, output dwi-panjang gelombangnya yang stabil dapat memberikan sokongan penting untuk aplikasi seperti pengukuran spektrum yang tepat dan penderiaan optik resolusi tinggi.