A legújabb kutatások a kétszínű félvezető lézerekről
A félvezető koronglézerek (SDL lézerek), más néven függőleges külső üregű felületkibocsátó lézerek (VECSEL), az utóbbi években nagy figyelmet kaptak. Egyesítik a félvezető erősítés és a szilárdtest rezonátorok előnyeit. Nemcsak hatékonyan enyhítik a hagyományos félvezető lézerek egymódusú támogatásának emissziós területkorlátozását, hanem rugalmas félvezető tiltott sávszélesség-kialakítással és nagy anyagerősítési jellemzőkkel is rendelkezik. Számos alkalmazási környezetben megfigyelhető, például alacsony zajszintű...keskeny vonalszélességű lézerkimenet, ultrarövid, nagy ismétlésszámú impulzusgenerálás, magas rendű harmonikus generálás és nátriumvezető csillag technológia stb. A technológia fejlődésével egyre magasabb követelményeket támasztottak a hullámhossz-rugalmassággal szemben. Például a kettős hullámhosszú koherens fényforrások rendkívül magas alkalmazási értéket mutattak olyan feltörekvő területeken, mint az interferenciamentes lidar, a holografikus interferometria, a hullámhossz-osztásos multiplexeléses kommunikáció, a közép-infravörös vagy terahertzes generálás és a többszínű optikai frekvenciakeverések. A félvezető tárcsás lézerekben nagy fényerejű, kétszínű emisszió elérésének és a több hullámhossz közötti erősítési verseny hatékony elnyomásának módja mindig is kutatási nehézséget jelentett ezen a területen.
Nemrégiben egy kétszínűfélvezető lézerEgy kínai csapat egy innovatív chiptervet javasolt ennek a kihívásnak a megoldására. Mélyreható numerikus kutatások révén megállapították, hogy a hőmérsékletfüggő kvantumkút-erősítésű szűrés és a félvezető mikroüreg-szűrési hatások pontos szabályozása várhatóan rugalmasan szabályozza a kétszínű erősítést. Ennek alapján a csapat sikeresen tervezett egy 960/1000 nm-es nagy fényerejű chipet. Ez a lézer alapmódban működik a diffrakciós határ közelében, kimeneti fényereje akár 310 MW/cm²sr is lehet.
A félvezető korong erősítő rétege mindössze néhány mikrométer vastag, és egy Fabry-Perot mikroüreg alakul ki a félvezető-levegő határfelület és az alsó elosztott Bragg reflektor között. A félvezető mikroüreget a chip beépített spektrális szűrőjeként kezelve modulálható a kvantumkút erősítése. Eközben a mikroüreg szűrőhatása és a félvezető erősítése eltérő hőmérsékleti drift sebességgel rendelkezik. A hőmérséklet-szabályozással kombinálva elérhető a kimeneti hullámhosszak kapcsolása és szabályozása. Ezen jellemzők alapján a csapat kiszámította és beállította a kvantumkút erősítési csúcsát 950 nm-re 300 K hőmérsékleten, ahol az erősítési hullámhossz hőmérsékleti drift sebessége körülbelül 0,37 nm/K. Ezt követően a csapat a transzmissziós mátrix módszerrel megtervezte a chip longitudinális kényszertényezőjét, körülbelül 960 nm, illetve 1000 nm csúcshullámhosszal. A szimulációk kimutatták, hogy a hőmérsékleti drift sebessége mindössze 0,08 nm/K volt. Fémorganikus kémiai gőzleválasztási technológia epitaxiális növekedésének és a növekedési folyamat folyamatos optimalizálásának köszönhetően kiváló minőségű erősítő chipeket sikerült előállítani. A fotolumineszcencia mérési eredményei teljes mértékben összhangban vannak a szimulációs eredményekkel. A hőterhelés csökkentése és a nagy teljesítményátvitel elérése érdekében a félvezető-gyémánt chip tokozási eljárást továbbfejlesztették.
A chip csomagolásának befejezése után a csapat átfogó értékelést végzett a lézer teljesítményéről. Folyamatos üzemmódban, a szivattyú teljesítményének vagy a hűtőborda hőmérsékletének szabályozásával az emissziós hullámhossz rugalmasan állítható 960 nm és 1000 nm között. Amikor a szivattyú teljesítménye egy adott tartományon belül van, a lézer kettős hullámhosszon is működhet, akár 39,4 nm hullámhossz-intervallummal. Ekkor a maximális folytonos hullámteljesítmény eléri a 3,8 W-ot. Eközben a lézer alapmódban működik a diffrakciós határ közelében, mindössze 1,1-es M² nyalábminőségi tényezővel és akár körülbelül 310 MW/cm²sr fényességgel. A csapat kutatást végzett a lézer kvázifolytonos hullámteljesítményéről is.lézerAz összegfrekvenciás jelet sikeresen megfigyelték a LiB₃O₅ nemlineáris optikai kristály rezonáns üregbe helyezésével, megerősítve a kettős hullámhosszak szinkronizációját.
Ezzel az ötletes chiptervezéssel a kvantum-kúterősítésű szűrés és a mikroüreg-szűrés organikus kombinációját érték el, lerakva a kétszínű lézerforrások megvalósításának tervezési alapjait. Teljesítménymutatók tekintetében ez az egycsipes kétszínű lézer nagy fényerőt, nagyfokú rugalmasságot és precíz koaxiális nyalábkimenetet ér el. Fényereje a jelenlegi egycsipes kétszínű félvezető lézerek nemzetközi vezető szintjén van. A gyakorlati alkalmazás szempontjából ez az eredmény várhatóan hatékonyan javítja a többszínű lidar detektálási pontosságát és interferencia-ellenállását összetett környezetekben a nagy fényerő és a kétszínű jellemzők kihasználásával. Az optikai frekvenciaváltók területén a stabil kettős hullámhosszú kimenete döntő támogatást nyújthat olyan alkalmazásokhoz, mint a precíz spektrális mérés és a nagy felbontású optikai érzékelés.
Közzététel ideje: 2025. szeptember 23.