Найновіші дослідження двоколірних напівпровідникових лазерів
Напівпровідникові дискові лазери (SDL-лазери), також відомі як лазери з вертикальним зовнішнім резонатором та поверхневим випромінюванням (VECSEL), привернули значну увагу в останні роки. Вони поєднують переваги напівпровідникового коефіцієнта посилення та твердотільних резонаторів. Вони не тільки ефективно зменшують обмеження площі випромінювання одномодової підтримки для звичайних напівпровідникових лазерів, але й мають гнучку конструкцію забороненої зони напівпровідника та високі характеристики посилення матеріалу. Їх можна побачити в широкому діапазоні застосувань, таких як низькошумові лазери.лазер з вузькою шириною лініївихідна потужність, генерація надкоротких імпульсів з високою частотою повторення, генерація гармонік високого порядку та технологія натрієвої провідної зірки тощо. З розвитком технологій висунуто вищі вимоги до гнучкості довжин хвиль. Наприклад, когерентні джерела світла з двома довжинами хвиль продемонстрували надзвичайно високу цінність застосування в нових галузях, таких як лідар із запобіганням перешкодам, голографічна інтерферометрія, зв'язок з мультиплексуванням за довжиною хвилі, генерація в середньому інфрачервоному або терагерцовому діапазоні та багатокольорові оптичні частотні гребінці. Досягнення двоколірного випромінювання високої яскравості в напівпровідникових дискових лазерах та ефективне придушення конкуренції за посилення між кількома довжинами хвиль завжди було дослідницькою проблемою в цій галузі.
Нещодавно двоколірнийнапівпровідниковий лазерКоманда вчених у Китаї запропонувала інноваційний дизайн мікросхеми для вирішення цієї проблеми. Завдяки поглибленим числовим дослідженням вони виявили, що точне регулювання температурно-пов'язаних ефектів фільтрації квантових ям та фільтрації напівпровідникових мікрорезонаторів, як очікується, забезпечить гнучке керування двоколірним посиленням. На основі цього команда успішно розробила мікросхему з високою яскравістю 960/1000 нм. Цей лазер працює у фундаментальному режимі поблизу дифракційної межі, з вихідною яскравістю приблизно 310 МВт/см²ср.
Шар посилення напівпровідникового диска має товщину лише кілька мікрометрів, а між межею напівпровідник-повітря та розподіленим знизу брекгівським відбивачем утворюється мікропорожнина Фабрі-Перо. Розглядаючи напівпровідникову мікропорожнину як вбудований спектральний фільтр чіпа, можна модулювати посилення квантової ями. Тим часом, ефект фільтрації мікропорожнин та коефіцієнт посилення напівпровідника мають різні швидкості температурного дрейфу. У поєднанні з контролем температури можна досягти перемикання та регулювання вихідних довжин хвиль. На основі цих характеристик команда розрахувала та встановила пік посилення квантової ями на рівні 950 нм за температури 300 К, при цьому швидкість температурного дрейфу довжини хвилі посилення становить приблизно 0,37 нм/К. Згодом команда розробила поздовжній коефіцієнт обмеження чіпа, використовуючи метод матриці пропускання, з піковими довжинами хвиль приблизно 960 нм та 1000 нм відповідно. Моделювання показало, що швидкість температурного дрейфу становила лише 0,08 нм/К. Завдяки використанню технології металоорганічного хімічного осадження з парової фази для епітаксіального росту та постійній оптимізації процесу росту, були успішно виготовлені високоякісні чіпи з посиленням. Результати вимірювань фотолюмінесценції повністю узгоджуються з результатами моделювання. Для зменшення теплового навантаження та досягнення високої потужності передачі було додатково вдосконалено процес упаковки напівпровідникових алмазних чипів.
Після завершення пакування мікросхеми команда провела комплексну оцінку його лазерної продуктивності. У режимі безперервної роботи, контролюючи потужність накачування або температуру радіатора, довжину хвилі випромінювання можна гнучко регулювати в діапазоні від 960 нм до 1000 нм. Коли потужність накачування знаходиться в певному діапазоні, лазер також може працювати з двома довжинами хвиль, з інтервалом довжин хвиль до 39,4 нм. У цей час максимальна потужність безперервної хвилі досягає 3,8 Вт. Тим часом лазер працює в основному режимі поблизу дифракційної межі, з коефіцієнтом якості променя M² лише 1,1 та яскравістю приблизно 310 МВт/см²ср. Команда також провела дослідження квазібезперервної хвильової продуктивності...лазерСигнал сумарної частоти було успішно виявлено шляхом вставки нелінійного оптичного кристала LiB₃O₅ у резонансний резонатор, що підтвердило синхронізацію двох довжин хвиль.
Завдяки цій геніальній конструкції мікросхеми було досягнуто органічного поєднання квантової фільтрації посилення та фільтрації мікрорезонаторів, що закладає основу для реалізації двоколірних лазерних джерел. З точки зору показників продуктивності, цей одночіповий двоколірний лазер досягає високої яскравості, високої гнучкості та точного коаксіального випромінювання променя. Його яскравість знаходиться на провідному міжнародному рівні в сучасній галузі одночіпових двоколірних напівпровідникових лазерів. З точки зору практичного застосування, очікується, що це досягнення ефективно підвищить точність виявлення та стійкість до перешкод багатокольорового лідара в складних середовищах, використовуючи його високу яскравість та двоколірні характеристики. В галузі оптичних частотних гребенів його стабільний двохвильовий вихід може забезпечити вирішальну підтримку для таких застосувань, як точне спектральне вимірювання та оптичне зондування високої роздільної здатності.
Час публікації: 23 вересня 2025 р.