Ang pinakabagong pananaliksik sa mga dual-color semiconductor laser

Ang pinakabagong pananaliksik sa mga dual-color semiconductor laser

Ang mga semiconductor disc laser (SDL laser), na kilala rin bilang vertical external cavity surface-emitting laser (VECSEL), ay nakaakit ng maraming atensyon nitong mga nakaraang taon. Pinagsasama nito ang mga bentahe ng semiconductor gain at solid-state resonators. Hindi lamang nito epektibong pinapagaan ang limitasyon sa emission area ng single-mode support para sa mga conventional semiconductor laser, kundi nagtatampok din ito ng flexible na disenyo ng semiconductor bandgap at mataas na katangian ng material gain. Makikita ito sa malawak na hanay ng mga sitwasyon ng aplikasyon, tulad ng low-noise.laser na may makitid na lapad ng linyaoutput, ultra-short high-repetition pulse generation, high-order harmonic generation, at sodium guide star technology, atbp. Kasabay ng pagsulong ng teknolohiya, mas mataas na mga kinakailangan ang inihain para sa flexibility ng wavelength nito. Halimbawa, ang dual-wavelength coherent light sources ay nagpakita ng napakataas na halaga ng aplikasyon sa mga umuusbong na larangan tulad ng anti-interference lidar, holographic interferometry, wavelength division multiplexing communication, mid-infrared o terahertz generation, at multi-color optical frequency combs. Ang kung paano makamit ang high-brightness dual-color emission sa mga semiconductor disc laser at epektibong sugpuin ang kompetisyon sa gain sa maraming wavelength ay palaging isang kahirapan sa pananaliksik sa larangang ito.

Kamakailan lamang, isang dual-colorlaser na semikondaktorNagpanukala ang isang pangkat sa Tsina ng isang makabagong disenyo ng chip upang matugunan ang hamong ito. Sa pamamagitan ng malalimang pananaliksik na numerikal, natuklasan nila na ang tumpak na pag-regulate ng temperatura-kaugnay na quantum well gain filtering at semiconductor microcavity filtering effects ay inaasahang makakamit ang flexible na kontrol ng dual-color gain. Batay dito, matagumpay na dinisenyo ng pangkat ang isang 960/1000 nm high-brightness gain chip. Ang laser na ito ay gumagana sa fundamental mode malapit sa diffraction limit, na may output brightness na kasingtaas ng humigit-kumulang 310 MW/cm²sr.

Ang gain layer ng semiconductor disc ay ilang micrometers lamang ang kapal, at isang Fabry-Perot microcavity ang nabubuo sa pagitan ng semiconductor-air interface at ng bottom distributed Bragg reflector. Ang pagtrato sa semiconductor microcavity bilang built-in spectral filter ng chip ay magmo-modulate sa gain ng quantum well. Samantala, ang microcavity filtering effect at semiconductor gain ay may iba't ibang temperature drift rates. Kasama ng temperature control, makakamit ang switching at regulation ng output wavelengths. Batay sa mga katangiang ito, kinalkula at itinakda ng team ang gain peak ng quantum well sa 950 nm sa 300 K temperature, kung saan ang temperature drift rate ng gain wavelength ay humigit-kumulang 0.37 nm/K. Kasunod nito, dinisenyo ng team ang longitudinal constraint factor ng chip gamit ang transmission matrix method, na may peak wavelengths na humigit-kumulang 960 nm at 1000 nm ayon sa pagkakabanggit. Ipinakita ng mga simulation na ang temperature drift rate ay 0.08 nm/K lamang. Sa pamamagitan ng paggamit ng teknolohiya ng metal-organic chemical vapor deposition para sa epitaxial growth at patuloy na pag-optimize sa proseso ng paglaki, matagumpay na nagawa ang mga de-kalidad na gain chip. Ang mga resulta ng pagsukat ng photoluminescence ay ganap na naaayon sa mga resulta ng simulation. Upang mabawasan ang thermal load at makamit ang high-power transmission, ang proseso ng semiconductor-diamond chip packaging ay higit pang binuo.

Matapos makumpleto ang pagpapakete ng chip, nagsagawa ang pangkat ng komprehensibong pagtatasa sa pagganap ng laser nito. Sa continuous operation mode, sa pamamagitan ng pagkontrol sa pump power o temperatura ng heat sink, ang emission wavelength ay maaaring i-adjust nang may kakayahang umangkop sa pagitan ng 960 nm at 1000 nm. Kapag ang pump power ay nasa loob ng isang partikular na saklaw, makakamit din ng laser ang dual-wavelength operation, na may wavelength interval na hanggang 39.4 nm. Sa oras na ito, ang maximum continuous wave power ay umaabot sa 3.8 W. Samantala, ang laser ay gumagana sa fundamental mode malapit sa diffraction limit, na may beam quality factor M² na 1.1 lamang at brightness na kasingtaas ng humigit-kumulang 310 MW/cm²sr. Nagsagawa rin ang pangkat ng pananaliksik sa quasi-continuous wave performance nglaserAng sum frequency signal ay matagumpay na naobserbahan sa pamamagitan ng pagpasok ng LiB₃O₅ nonlinear optical crystal sa resonant cavity, na nagkukumpirma sa synchronization ng dual wavelengths.

Sa pamamagitan ng mapanlikhang disenyo ng chip na ito, nakamit ang organikong kombinasyon ng quantum well gain filtering at microcavity filtering, na naglatag ng pundasyon ng disenyo para sa pagsasakatuparan ng mga dual-color laser source. Sa mga tuntunin ng mga tagapagpahiwatig ng pagganap, ang single-chip dual-color laser na ito ay nakakamit ng mataas na liwanag, mataas na flexibility at tumpak na coaxial beam output. Ang liwanag nito ay nasa internasyonal na nangungunang antas sa kasalukuyang larangan ng single-chip dual-color semiconductor lasers. Sa mga tuntunin ng praktikal na aplikasyon, ang tagumpay na ito ay inaasahang epektibong mapapahusay ang katumpakan ng pagtuklas at kakayahan sa anti-interference ng multi-color lidar sa mga kumplikadong kapaligiran sa pamamagitan ng paggamit ng mataas na liwanag at dual-color na katangian nito. Sa larangan ng optical frequency combs, ang matatag na dual-wavelength output nito ay maaaring magbigay ng mahalagang suporta para sa mga aplikasyon tulad ng tumpak na spectral measurement at high-resolution optical sensing.