Den senaste forskningen om tvåfärgade halvledarlasrar

Den senaste forskningen om tvåfärgade halvledarlasrar

Halvledarskivlasrar (SDL-lasrar), även kända som vertikala ytutsändande lasrar med extern kavitet (VECSEL), har fått mycket uppmärksamhet de senaste åren. De kombinerar fördelarna med halvledarförstärkning och fastämnesresonatorer. De minskar inte bara effektivt emissionsbegränsningen hos single-mode-stöd för konventionella halvledarlasrar, utan har också en flexibel halvledarbandgapdesign och höga materialförstärkningsegenskaper. De kan ses i en mängd olika tillämpningsscenarier, såsom lågbrusiga...smal linjebreddslaserutsignal, generering av ultrakorta pulser med hög repetition, generering av högordningens harmoniska övertoner och natriumledstjärneteknik, etc. Med teknikens framsteg har högre krav ställts på dess våglängdsflexibilitet. Till exempel har koherenta ljuskällor med dubbla våglängder visat extremt högt tillämpningsvärde inom framväxande områden som anti-interferens-lidar, holografisk interferometri, våglängdsmultiplexeringskommunikation, generering av mellaninfraröd eller terahertz, och flerfärgade optiska frekvenskammar. Hur man uppnår hög ljusstyrka med dubbla färger i halvledarskivlasrar och effektivt undertrycker förstärkningskonkurrens mellan flera våglängder har alltid varit en forskningssvårighet inom detta område.

Nyligen en tvåfärgadhalvledarlaserEtt team i Kina har föreslagit en innovativ chipdesign för att hantera denna utmaning. Genom djupgående numerisk forskning fann de att exakt reglering av temperaturrelaterade kvantbrunnsförstärkningsfiltrering och halvledarmikrokavitetsfiltreringseffekter förväntas uppnå flexibel kontroll av tvåfärgsförstärkning. Baserat på detta designade teamet framgångsrikt ett 960/1000 nm högljushetsförstärkningschip. Denna laser arbetar i grundläge nära diffraktionsgränsen, med en utgångsljusstyrka så hög som cirka 310 MW/cm²sr.

Halvledarskivans förstärkningsskikt är bara några få mikrometer tjockt, och en Fabry-Perot-mikrokavitet bildas mellan halvledar-luft-gränssnittet och den bottendistribuerade Bragg-reflektorn. Genom att behandla halvledarmikrokaviteten som chipets inbyggda spektralfilter moduleras kvantbrunnens förstärkning. Samtidigt har mikrokavitetens filtreringseffekt och halvledarförstärkningen olika temperaturdriftshastigheter. Kombinerat med temperaturkontroll kan omkoppling och reglering av utgångsvåglängder uppnås. Baserat på dessa egenskaper beräknade och satte teamet kvantbrunnens förstärkningstopp till 950 nm vid 300 K temperatur, med en temperaturdriftshastighet för förstärkningsvåglängden på cirka 0,37 nm/K. Därefter designade teamet chipets longitudinella begränsningsfaktor med hjälp av transmissionsmatrismetoden, med toppvåglängder på cirka 960 nm respektive 1000 nm. Simuleringar visade att temperaturdriftshastigheten endast var 0,08 nm/K. Genom att använda metallorganisk kemisk ångavsättningsteknik för epitaxiell tillväxt och kontinuerligt optimera tillväxtprocessen, har högkvalitativa förstärkningschips framgångsrikt tillverkats. Mätresultaten av fotoluminescens är helt i linje med simuleringsresultaten. För att minska termisk belastning och uppnå hög effektöverföring har halvledar-diamantchips-kapslingsprocessen vidareutvecklats.

Efter att ha färdigställt chipkapslingen genomförde teamet en omfattande utvärdering av dess laserprestanda. I kontinuerligt driftläge, genom att styra pumpeffekten eller kylflänsens temperatur, kan emissionsvåglängden flexibelt justeras mellan 960 nm och 1000 nm. När pumpeffekten är inom ett specifikt område kan lasern också uppnå drift med dubbla våglängder, med ett våglängdsintervall på upp till 39,4 nm. Vid denna tidpunkt når den maximala kontinuerliga vågeffekten 3,8 W. Samtidigt arbetar lasern i grundläge nära diffraktionsgränsen, med en strålkvalitetsfaktor M² på endast 1,1 och en ljusstyrka så hög som cirka 310 MW/cm²sr. Teamet forskade också om den kvasikontinuerliga vågprestanda hos ...laserSumfrekvenssignalen observerades framgångsrikt genom att den ickelinjära optiska kristallen LiB₃O₅ infördes i resonanskaviteten, vilket bekräftade synkroniseringen av de dubbla våglängderna.

Genom denna geniala chipdesign har den organiska kombinationen av kvantbrunnsförstärkningsfiltrering och mikrokavitetsfiltrering uppnåtts, vilket lägger en designgrund för realiseringen av tvåfärgade laserkällor. När det gäller prestandaindikatorer uppnår denna enchips tvåfärgade laser hög ljusstyrka, hög flexibilitet och exakt koaxialstråleutgång. Dess ljusstyrka är på internationellt ledande nivå inom det nuvarande området för enchips tvåfärgade halvledarlasrar. När det gäller praktisk tillämpning förväntas denna prestation effektivt förbättra detekteringsnoggrannheten och anti-interferensförmågan hos flerfärgade lidar i komplexa miljöer genom att utnyttja dess höga ljusstyrka och tvåfärgade egenskaper. Inom området optiska frekvenskammar kan dess stabila tvåvåglängdsutgång ge avgörande stöd för tillämpningar som exakt spektralmätning och högupplöst optisk avkänning.