Penyelidikan terkini mengenai laser semikonduktor dwi-warna

Penyelidikan 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 beberapa tahun kebelakangan ini. Ia menggabungkan kelebihan keuntungan semikonduktor dan resonator keadaan pepejal. Ia bukan sahaja berkesan mengurangkan had kawasan pelepasan sokongan mod tunggal untuk laser semikonduktor konvensional, tetapi juga mempunyai reka bentuk celah jalur semikonduktor yang fleksibel dan ciri perolehan bahan yang tinggi. Ia boleh dilihat dalam pelbagai senario aplikasi, seperti bunyi rendahlaser lebar talian sempitoutput, penjanaan nadi ulangan tinggi ultra pendek, penjanaan harmonik tertib tinggi, dan teknologi bintang panduan natrium, dsb. 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 bahagian panjang gelombang, penjanaan inframerah pertengahan atau terahertz, dan sikat frekuensi optik pelbagai warna. Cara untuk mencapai pelepasan dwi-warna kecerahan tinggi dalam laser cakera semikonduktor dan secara berkesan menyekat persaingan keuntungan antara pelbagai panjang gelombang sentiasa menjadi kesukaran penyelidikan dalam bidang ini.

Baru-baru ini, dwi-warnalaser semikonduktorpasukan di China telah mencadangkan reka bentuk cip yang inovatif untuk menangani cabaran ini. Melalui penyelidikan berangka yang mendalam, mereka mendapati bahawa mengawal selia dengan tepat penapisan perolehan telaga kuantum berkaitan suhu dan kesan penapisan rongga mikro semikonduktor dijangka mencapai kawalan fleksibel bagi keuntungan dwi-warna. Berdasarkan ini, pasukan itu 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 keuntungan cakera semikonduktor adalah hanya beberapa mikrometer tebal, dan rongga mikro Fabry-Perot terbentuk di antara antara muka semikonduktor-udara dan pemantul Bragg teragih bawah. Merawat rongga mikro semikonduktor sebagai penapis spektrum terbina dalam cip akan memodulasi keuntungan kuantum dengan baik. Sementara itu, kesan penapisan rongga mikro dan keuntungan semikonduktor mempunyai kadar hanyutan suhu yang berbeza. Digabungkan dengan kawalan suhu, pensuisan dan peraturan panjang gelombang keluaran boleh dicapai. Berdasarkan ciri-ciri ini, pasukan mengira dan menetapkan puncak keuntungan telaga kuantum pada 950 nm pada suhu 300 K, dengan kadar hanyutan suhu bagi panjang gelombang keuntungan adalah kira-kira 0.37 nm/K. Selepas itu, pasukan itu 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 epitaxial dan terus mengoptimumkan proses pertumbuhan, cip perolehan berkualiti tinggi berjaya dibuat. Keputusan pengukuran photoluminescence adalah konsisten sepenuhnya dengan keputusan simulasi. Untuk mengurangkan beban haba dan mencapai penghantaran kuasa tinggi, proses pembungkusan cip semikonduktor-berlian telah dibangunkan lagi.

Selepas melengkapkan pembungkusan cip, pasukan menjalankan penilaian komprehensif terhadap prestasi lasernya. Dalam mod operasi berterusan, dengan mengawal kuasa pam atau suhu sink haba, panjang gelombang pelepasan boleh dilaraskan secara fleksibel antara 960 nm dan 1000 nm. Apabila kuasa pam berada dalam julat tertentu, laser juga boleh mencapai operasi dwi-panjang gelombang, 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 rasuk M² hanya 1.1 dan kecerahan setinggi kira-kira 310 MW/cm²sr. Pasukan itu juga menjalankan penyelidikan tentang prestasi gelombang separa berterusanlaser. Isyarat jumlah frekuensi telah berjaya diperhatikan dengan memasukkan kristal optik tak linear LiB₃O₅ ke dalam rongga resonan, mengesahkan penyegerakan dua panjang gelombang.

Melalui reka bentuk cip yang bijak ini, gabungan organik penapisan perolehan telaga kuantum dan penapisan rongga mikro 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 rasuk sepaksi yang tepat. Kecerahannya berada pada tahap terkemuka antarabangsa dalam bidang semasa laser semikonduktor dwi-warna cip tunggal. Dari segi aplikasi praktikal, pencapaian ini dijangka berkesan meningkatkan ketepatan pengesanan dan keupayaan anti-gangguan lidar berbilang warna dalam persekitaran yang kompleks dengan memanfaatkan ciri kecerahan tinggi dan dwi-warnanya. Dalam bidang sikat frekuensi optik, output dwi-panjang gelombang yang stabil boleh memberikan sokongan penting untuk aplikasi seperti pengukuran spektrum yang tepat dan penderiaan optik resolusi tinggi.