Den nyeste forskningen på tofargede halvlederlasere

Den nyeste forskningen på tofargede halvlederlasere

Halvlederskivelasere (SDL-lasere), også kjent som vertikale eksterne hulromsoverflateemitterende lasere (VECSEL), har fått mye oppmerksomhet de siste årene. De kombinerer fordelene med halvlederforsterkning og faststoffresonatorer. De reduserer ikke bare effektivt begrensningen i emisjonsområdet ved enkeltmodusstøtte for konvensjonelle halvlederlasere, men har også en fleksibel halvlederbåndgapdesign og høye materialforsterkningsegenskaper. De kan sees i et bredt spekter av bruksscenarier, for eksempel lavstøy.smal linjebreddelaserutgang, generering av ultrakorte pulser med høy repetisjon, generering av høyordens harmoniske farger og natrium-guidestjerneteknologi, etc. Med teknologiske fremskritt har det blitt stilt høyere krav til bølgelengdefleksibilitet. For eksempel har koherente lyskilder med to bølgelengder vist seg ekstremt høy anvendelsesverdi i nye felt som anti-interferens-lidar, holografisk interferometri, kommunikasjon med bølgelengdedelingsmultipleksing, generering av mellominfrarød eller terahertz, og flerfargede optiske frekvenskammer. Hvordan man oppnår tofarget emisjon med høy lysstyrke i halvlederskivelasere og effektivt undertrykker forsterkningskonkurranse mellom flere bølgelengder har alltid vært en forskningsutfordring på dette feltet.

Nylig en tofargethalvlederlaserEt team i Kina har foreslått en innovativ brikkedesign for å møte denne utfordringen. Gjennom grundig numerisk forskning fant de ut at presis regulering av temperaturrelatert kvantebrønnforsterkningsfiltrering og halvledermikrokavitetsfiltreringseffekter forventes å oppnå fleksibel kontroll av tofarget forsterkning. Basert på dette designet teamet en 960/1000 nm høylysstyrkeforsterkningsbrikke. Denne laseren opererer i fundamentalmodus nær diffraksjonsgrensen, med en utgangslysstyrke så høy som omtrent 310 MW/cm²sr.

Forsterkningslaget på halvlederskiven er bare noen få mikrometer tykt, og et Fabry-Perot-mikrohulrom dannes mellom halvleder-luft-grensesnittet og den bunnfordelte Bragg-reflektoren. Ved å behandle halvleder-mikrohulrommet som det innebygde spektralfilteret i brikken, vil forsterkningen til kvantebrønnen moduleres. Samtidig har mikrohulromsfiltreringseffekten og halvlederforsterkningen forskjellige temperaturdriftshastigheter. Kombinert med temperaturkontroll kan man oppnå bytte og regulering av utgangsbølgelengder. Basert på disse egenskapene beregnet og satte teamet forsterkningstoppen til kvantebrønnen til 950 nm ved 300 K temperatur, med temperaturdriftshastigheten for forsterkningsbølgelengden på omtrent 0,37 nm/K. Deretter designet teamet den longitudinelle begrensningsfaktoren til brikken ved hjelp av transmisjonsmatrisemetoden, med toppbølgelengder på henholdsvis omtrent 960 nm og 1000 nm. Simuleringer viste at temperaturdriftshastigheten bare var 0,08 nm/K. Ved å bruke metallorganisk kjemisk dampavsetningsteknologi for epitaksial vekst og kontinuerlig optimalisering av vekstprosessen, ble det vellykket produsert høykvalitets forsterkningsbrikker. Måleresultatene for fotoluminescens er helt i samsvar med simuleringsresultatene. For å lette termisk belastning og oppnå høy effektoverføring har halvleder-diamantbrikkepakkeprosessen blitt videreutviklet.

Etter å ha fullført brikkepakkingen, utførte teamet en omfattende vurdering av laserens ytelse. I kontinuerlig driftsmodus, ved å kontrollere pumpeeffekten eller kjøleribbens temperatur, kan emisjonsbølgelengden justeres fleksibelt mellom 960 nm og 1000 nm. Når pumpeeffekten er innenfor et bestemt område, kan laseren også oppnå drift med to bølgelengder, med et bølgelengdeintervall på opptil 39,4 nm. På dette tidspunktet når den maksimale kontinuerlige bølgeeffekten 3,8 W. Samtidig opererer laseren i fundamentalmodus nær diffraksjonsgrensen, med en strålekvalitetsfaktor M² på bare 1,1 og en lysstyrke så høy som omtrent 310 MW/cm²sr. Teamet utførte også forskning på den kvasikontinuerlige bølgeytelsen til ...laserSumfrekvenssignalet ble observert ved å sette inn den ikke-lineære optiske krystallen LiB₃O₅ i resonanskaviteten, noe som bekreftet synkroniseringen av de to bølgelengdene.

Gjennom denne geniale chipdesignen er den organiske kombinasjonen av kvantebrønnforsterkningsfiltrering og mikrokavitetsfiltrering oppnådd, noe som legger et designgrunnlag for realisering av tofargede laserkilder. Når det gjelder ytelsesindikatorer, oppnår denne enkeltbrikkede tofargede laseren høy lysstyrke, høy fleksibilitet og presis koaksialstråleutgang. Lysstyrken er på det internasjonalt ledende nivået innen dagens felt av enkeltbrikkede tofargede halvlederlasere. Når det gjelder praktisk anvendelse, forventes denne prestasjonen å effektivt forbedre deteksjonsnøyaktigheten og anti-interferenskapasiteten til flerfargede lidarer i komplekse miljøer ved å utnytte dens høye lysstyrke og tofargeegenskaper. Innen optiske frekvenskammer kan den stabile tobølgelengdeutgangen gi avgjørende støtte for applikasjoner som presis spektralmåling og optisk sensing med høy oppløsning.