Ang pinakabagong pananaliksik sa dual-color semiconductor lasers

Ang pinakabagong pananaliksik sa dual-color semiconductor lasers

Ang mga semiconductor disc laser (SDL lasers), na kilala rin bilang vertical external cavity surface-emitting lasers (VECSEL), ay nakakuha ng maraming pansin sa mga nakaraang taon. Pinagsasama nito ang mga pakinabang ng semiconductor gain at solid-state resonator. Ito ay hindi lamang epektibong nagpapagaan sa limitasyon ng emission area ng single-mode na suporta para sa mga conventional semiconductor lasers, ngunit nagtatampok din ng isang flexible na disenyo ng bandgap ng semiconductor at mga katangian ng mataas na materyal na nakuha. Makikita ito sa malawak na hanay ng mga sitwasyon ng aplikasyon, tulad ng mababang ingaymakitid-linewidth na laseroutput, ultra-short high-repetition pulse generation, high-order harmonic generation, at sodium guide star technology, atbp. Sa pagsulong ng teknolohiya, mas mataas na mga kinakailangan ang iniharap para sa flexibility ng wavelength nito. Halimbawa, ang dual-wavelength coherent light source 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. Paano makamit ang mataas na liwanag na dual-color emission sa mga semiconductor disc laser at epektibong sugpuin ang kumpetisyon sa kumpetisyon sa maraming wavelength ay palaging isang kahirapan sa pananaliksik sa larangang ito.

Kamakailan, isang dual-colorlaser ng semiconductorAng koponan sa China ay nagmungkahi ng isang makabagong disenyo ng chip upang matugunan ang hamon na ito. Sa pamamagitan ng malalim na numerical na pananaliksik, nalaman nila na ang tiyak na pag-regulate ng pag-filter ng quantum well gain na may kaugnayan sa temperatura at mga epekto ng pag-filter ng microcavity ng semiconductor ay inaasahang makakamit ang nababaluktot na kontrol ng dual-color gain. Batay dito, matagumpay na nakadisenyo ang team ng 960/1000 nm high-brightness gain chip. Gumagana ang laser na ito sa pangunahing mode malapit sa limitasyon ng diffraction, na may liwanag ng output na kasing taas ng humigit-kumulang 310 MW/cm²sr.

Ang gain layer ng semiconductor disc ay ilang micrometers lamang ang kapal, at isang Fabry-Perot microcavity ay nabuo sa pagitan ng semiconductor-air interface at sa ilalim na ipinamamahagi ng Bragg reflector. Ang pagtrato sa semiconductor microcavity bilang ang built-in na spectral filter ng chip ay magpapabago sa nakuha ng quantum na rin. Samantala, ang microcavity filtering effect at semiconductor gain ay may iba't ibang temperature drift rate. Kasama ng kontrol sa temperatura, ang paglipat at regulasyon ng mga wavelength ng output ay maaaring makamit. Batay sa mga katangiang ito, kinakalkula at itinakda ng team ang gain peak ng quantum well sa 950 nm sa 300 K na temperatura, na may temperature drift rate ng gain wavelength na humigit-kumulang 0.37 nm/K. Kasunod nito, idinisenyo ng team ang longitudinal constraint factor ng chip gamit ang transmission matrix method, na may peak wavelength na humigit-kumulang 960 nm at 1000 nm ayon sa pagkakabanggit. Ang mga simulation ay nagsiwalat na ang temperatura ng drift rate ay 0.08 nm/K lamang. Sa pamamagitan ng paggamit ng metal-organic chemical vapor deposition technology para sa epitaxial growth at patuloy na pag-optimize sa proseso ng paglago, matagumpay na nalikha ang mga high-quality gain chips. Ang mga resulta ng pagsukat ng photoluminescence ay ganap na pare-pareho sa mga resulta ng simulation. Upang maibsan ang thermal load at makamit ang high-power transmission, ang semiconductor-diamond chip packaging na proseso ay mas binuo.

Matapos makumpleto ang chip packaging, ang koponan ay nagsagawa ng isang komprehensibong pagtatasa ng pagganap ng laser nito. Sa patuloy na mode ng operasyon, sa pamamagitan ng pagkontrol sa pump power o sa temperatura ng heat sink, ang emission wavelength ay maaaring flexible na iakma sa pagitan ng 960 nm at 1000 nm. Kapag ang pump power ay nasa loob ng isang partikular na hanay, ang laser ay maaari ding makamit ang dual-wavelength na operasyon, na may wavelength interval na hanggang 39.4 nm. Sa oras na ito, ang maximum na tuloy-tuloy na 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 isang brightness na kasing taas ng humigit-kumulang 310 MW/cm²sr. Nagsagawa rin ang pangkat ng pananaliksik sa quasi-continuous wave performance nglaser. Ang sum frequency signal ay matagumpay na naobserbahan sa pamamagitan ng pagpasok ng LiB₃O₅ nonlinear optical crystal sa resonant cavity, na nagpapatunay sa pag-synchronize ng dalawahang wavelength.

Sa pamamagitan ng mapanlikhang disenyo ng chip, ang organikong kumbinasyon ng quantum well gain filtering at microcavity filtering ay nakamit, na naglalagay ng pundasyon ng disenyo para sa pagsasakatuparan ng dalawahang kulay na pinagmumulan ng laser. Sa mga tuntunin ng mga tagapagpahiwatig ng pagganap, ang single-chip na dual-color na laser na ito ay nakakamit ng mataas na liwanag, mataas na flexibility at tumpak na coaxial beam output. Ang ningning 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 mapahusay ang katumpakan ng pagtuklas at kakayahan sa anti-interference ng multi-color na lidar sa mga kumplikadong kapaligiran sa pamamagitan ng paggamit ng mataas na ningning at mga katangiang dalawahan ng kulay. Sa larangan ng optical frequency combs, ang stable na dual-wavelength na output nito ay makakapagbigay ng mahalagang suporta para sa mga application tulad ng tumpak na pagsukat ng spectral at high-resolution na optical sensing.