Najnovija istraživanja o dvobojnim poluvodičkim laserima
Poluvodički diskovni laseri (SDL laseri), poznati i kao laseri s vertikalnom vanjskom šupljinom i površinskim emitiranjem (VECSEL), privukli su veliku pozornost posljednjih godina. Kombiniraju prednosti poluvodičkog pojačanja i rezonatora u čvrstom stanju. Ne samo da učinkovito ublažavaju ograničenje područja emisije jednomodne podrške za konvencionalne poluvodičke lasere, već imaju i fleksibilan dizajn poluvodičkog energetskog razmaka i visoke karakteristike materijalnog pojačanja. Mogu se vidjeti u širokom rasponu scenarija primjene, kao što su niski šumovi.laser uske širine linijeizlaz, generiranje ultrakratkih impulsa s visokim ponavljanjem, generiranje harmonika visokog reda i tehnologija natrijeve zvijezde za vođenje itd. S napretkom tehnologije postavljeni su veći zahtjevi za fleksibilnost valnih duljina. Na primjer, koherentni izvori svjetlosti s dvostrukom valnom duljinom pokazali su izuzetno visoku primjenjivost u novim područjima kao što su lidar protiv interferencije, holografska interferometrija, komunikacija multipleksiranjem valne duljine, generiranje srednjeg infracrvenog ili terahercnog zračenja i višebojni optički frekvencijski češljevi. Kako postići dvobojnu emisiju visokog sjaja u poluvodičkim disk laserima i učinkovito suzbiti konkurenciju pojačanja među više valnih duljina oduvijek je bio istraživački izazov u ovom području.
Nedavno, dvobojnipoluvodički laserTim u Kini predložio je inovativan dizajn čipa kako bi se riješio ovaj izazov. Kroz dubinsko numeričko istraživanje otkrili su da se preciznom regulacijom temperaturnog filtriranja kvantnih jama i efekata filtriranja poluvodičkih mikrošupljina očekuje fleksibilna kontrola pojačanja u dvije boje. Na temelju toga, tim je uspješno dizajnirao čip za pojačanje visoke svjetline od 960/1000 nm. Ovaj laser radi u fundamentalnom načinu rada blizu granice difrakcije, s izlaznom svjetlinom visokom do približno 310 MW/cm²sr.
Sloj pojačanja poluvodičkog diska debeo je samo nekoliko mikrometara, a Fabry-Perotova mikrošupljina formirana je između poluvodičko-zračnog sučelja i donjeg distribuiranog Braggovog reflektora. Tretiranje poluvodičke mikrošupljine kao ugrađenog spektralnog filtera čipa modulirat će pojačanje kvantne jame. U međuvremenu, efekt filtriranja mikrošupljine i poluvodičko pojačanje imaju različite brzine temperaturnog pomaka. U kombinaciji s kontrolom temperature, može se postići prebacivanje i regulacija izlaznih valnih duljina. Na temelju tih karakteristika, tim je izračunao i postavio vrh pojačanja kvantne jame na 950 nm pri temperaturi od 300 K, s brzinom temperaturnog pomaka valne duljine pojačanja od približno 0,37 nm/K. Nakon toga, tim je dizajnirao longitudinalni faktor ograničenja čipa koristeći metodu matrice prijenosa, s vršnim valnim duljinama od približno 960 nm odnosno 1000 nm. Simulacije su pokazale da je brzina temperaturnog pomaka bila samo 0,08 nm/K. Korištenjem tehnologije metal-organskog kemijskog taloženja iz pare za epitaksijalni rast i kontinuiranom optimizacijom procesa rasta, uspješno su izrađeni visokokvalitetni čipovi za pojačanje. Rezultati mjerenja fotoluminiscencije potpuno su u skladu s rezultatima simulacije. Kako bi se ublažilo toplinsko opterećenje i postigao prijenos velike snage, dalje je razvijen proces pakiranja poluvodičkih i dijamantnih čipova.
Nakon što je dovršio pakiranje čipa, tim je proveo sveobuhvatnu procjenu performansi lasera. U kontinuiranom načinu rada, kontroliranjem snage pumpe ili temperature hladnjaka, valna duljina emisije može se fleksibilno podešavati između 960 nm i 1000 nm. Kada je snaga pumpe unutar određenog raspona, laser također može postići rad s dvije valne duljine, s intervalom valnih duljina do 39,4 nm. U ovom trenutku, maksimalna snaga kontinuiranog vala doseže 3,8 W. U međuvremenu, laser radi u fundamentalnom načinu rada blizu granice difrakcije, s faktorom kvalitete snopa M² od samo 1,1 i svjetlinom do približno 310 MW/cm²sr. Tim je također proveo istraživanje o performansama kvazi-kontinuiranog vala...laserSignal zbrojne frekvencije uspješno je opažen umetanjem nelinearnog optičkog kristala LiB₃O₅ u rezonantnu šupljinu, što potvrđuje sinkronizaciju dvostrukih valnih duljina.
Ovim genijalnim dizajnom čipa postignuta je organska kombinacija filtriranja kvantnog pojačanja i filtriranja mikrošupljina, postavljajući temelje za realizaciju dvobojnih laserskih izvora. Što se tiče pokazatelja performansi, ovaj jednočipni dvobojni laser postiže visoku svjetlinu, visoku fleksibilnost i precizan koaksijalni izlaz snopa. Njegova svjetlina je na vodećoj međunarodnoj razini u trenutnom području jednočipnih dvobojnih poluvodičkih lasera. Što se tiče praktične primjene, očekuje se da će ovo postignuće učinkovito poboljšati točnost detekcije i sposobnost sprječavanja smetnji višebojnog ladara u složenim okruženjima iskorištavanjem njegove visoke svjetline i dvobojnih karakteristika. U području optičkih frekvencijskih češljeva, njegov stabilan izlaz dvostruke valne duljine može pružiti ključnu podršku za primjene kao što su precizno spektralno mjerenje i optičko očitavanje visoke rezolucije.
Vrijeme objave: 23. rujna 2025.