Les darreres investigacions sobre làsers semiconductors de dos colors

Les darreres investigacions sobre làsers semiconductors de dos colors

Els làsers de disc semiconductor (làsers SDL), també coneguts com a làsers d'emissió superficial de cavitat externa vertical (VECSEL), han atret molta atenció en els darrers anys. Combinen els avantatges del guany de semiconductor i els ressonadors d'estat sòlid. No només alleugen eficaçment la limitació de l'àrea d'emissió del suport monomode per als làsers semiconductors convencionals, sinó que també presenten un disseny flexible de banda prohibida de semiconductors i característiques d'alt guany de material. Es poden veure en una àmplia gamma d'escenaris d'aplicació, com ara baix soroll.làser d'amplada de línia estretasortida, generació d'impulsos d'alta repetició ultracurts, generació d'harmònics d'ordre alt i tecnologia d'estrelles guia de sodi, etc. Amb l'avanç de la tecnologia, s'han plantejat requisits més alts per a la seva flexibilitat de longitud d'ona. Per exemple, les fonts de llum coherent de doble longitud d'ona han demostrat un valor d'aplicació extremadament alt en camps emergents com el lidar antiinterferències, la interferometria hologràfica, la comunicació de multiplexació per divisió de longitud d'ona, la generació d'infraroig mitjà o terahertz i els pintes de freqüència òptica multicolor. Com aconseguir una emissió de doble color d'alta brillantor en làsers de disc semiconductor i suprimir eficaçment la competència de guany entre múltiples longituds d'ona sempre ha estat una dificultat de recerca en aquest camp.

Recentment, un bicolorlàser semiconductorUn equip a la Xina ha proposat un disseny de xip innovador per abordar aquest repte. Mitjançant una investigació numèrica exhaustiva, van descobrir que la regulació precisa del filtratge de guany de pou quàntic relacionat amb la temperatura i els efectes de filtratge de microcavitats de semiconductors s'espera que aconsegueixi un control flexible del guany de doble color. Basant-se en això, l'equip va dissenyar amb èxit un xip de guany d'alta brillantor de 960/1000 nm. Aquest làser funciona en mode fonamental prop del límit de difracció, amb una brillantor de sortida de fins a aproximadament 310 MW/cm²sr.

La capa de guany del disc semiconductor només té uns pocs micròmetres de gruix, i es forma una microcavitat Fabry-Perot entre la interfície semiconductor-aire i el reflector de Bragg distribuït a la part inferior. Si es tracta la microcavitat semiconductora com el filtre espectral integrat del xip, es modularà el guany del pou quàntic. Mentrestant, l'efecte de filtratge de la microcavitat i el guany del semiconductor tenen diferents taxes de deriva de temperatura. Combinat amb el control de temperatura, es pot aconseguir la commutació i regulació de les longituds d'ona de sortida. Basant-se en aquestes característiques, l'equip va calcular i establir el pic de guany del pou quàntic a 950 nm a una temperatura de 300 K, amb una taxa de deriva de temperatura de la longitud d'ona de guany d'aproximadament 0,37 nm/K. Posteriorment, l'equip va dissenyar el factor de restricció longitudinal del xip utilitzant el mètode de matriu de transmissió, amb longituds d'ona màximes d'aproximadament 960 nm i 1000 nm respectivament. Les simulacions van revelar que la taxa de deriva de temperatura era només de 0,08 nm/K. Mitjançant la tecnologia de deposició química de vapor metall-orgànic per al creixement epitaxial i l'optimització contínua del procés de creixement, es van fabricar amb èxit xips de guany d'alta qualitat. Els resultats de la mesura de fotoluminescència són completament coherents amb els resultats de la simulació. Per alleujar la càrrega tèrmica i aconseguir una transmissió d'alta potència, s'ha desenvolupat encara més el procés d'empaquetament de xips de diamant semiconductors.

Després de completar l'empaquetament del xip, l'equip va dur a terme una avaluació exhaustiva del rendiment del làser. En mode de funcionament continu, controlant la potència de la bomba o la temperatura del dissipador de calor, la longitud d'ona d'emissió es pot ajustar de manera flexible entre 960 nm i 1000 nm. Quan la potència de la bomba es troba dins d'un rang específic, el làser també pot aconseguir un funcionament de doble longitud d'ona, amb un interval de longitud d'ona de fins a 39,4 nm. En aquest moment, la potència d'ona contínua màxima arriba als 3,8 W. Mentrestant, el làser funciona en mode fonamental prop del límit de difracció, amb un factor de qualitat del feix M² de només 1,1 i una brillantor d'aproximadament 310 MW/cm²sr. L'equip també va dur a terme una investigació sobre el rendiment de l'ona quasi contínua del làser.làserEl senyal de freqüència de suma es va observar amb èxit inserint el cristall òptic no lineal de LiB₃O₅ a la cavitat ressonant, confirmant la sincronització de les longituds d'ona duals.

Gràcies a aquest enginyós disseny de xip, s'ha aconseguit la combinació orgànica del filtratge de guany de pou quàntic i el filtratge de microcavitats, establint les bases de disseny per a la realització de fonts làser de doble color. Pel que fa als indicadors de rendiment, aquest làser de doble color d'un sol xip aconsegueix una alta brillantor, una alta flexibilitat i una sortida de feix coaxial precisa. La seva brillantor es troba al nivell líder internacional en el camp actual dels làsers semiconductors de doble color d'un sol xip. Pel que fa a l'aplicació pràctica, s'espera que aquest assoliment millori eficaçment la precisió de detecció i la capacitat antiinterferències del lidar multicolor en entorns complexos aprofitant les seves característiques d'alta brillantor i doble color. En el camp dels pintes de freqüència òptica, la seva sortida estable de doble longitud d'ona pot proporcionar un suport crucial per a aplicacions com ara la mesura espectral precisa i la detecció òptica d'alta resolució.