Den seneste forskning i tofarvede halvlederlasere
Halvlederskivelasere (SDL-lasere), også kendt som vertikale eksterne hulrumsoverfladeemitterende lasere (VECSEL), har tiltrukket sig stor opmærksomhed i de senere år. De kombinerer fordelene ved halvlederforstærkning og faststofresonatorer. De afhjælper ikke kun effektivt emissionsarealbegrænsningen ved single-mode-understøttelse af konventionelle halvlederlasere, men har også et fleksibelt halvlederbåndgabsdesign og høje materialeforstærkningskarakteristika. De kan ses i en bred vifte af anvendelsesscenarier, såsom lavstøj.smal linjebreddelaseroutput, generering af ultrakorte pulser med høj repetition, generering af harmoniske af høj orden og natrium-guidestjerneteknologi osv. Med teknologiens fremskridt er der blevet stillet højere krav til dens bølgelængdefleksibilitet. For eksempel har kohærente lyskilder med dobbelt bølgelængde vist sig ekstremt høj anvendelsesværdi inden for nye områder såsom anti-interferens-lidar, holografisk interferometri, bølgelængdemultiplekseringskommunikation, generering af melleminfrarød eller terahertz og flerfarvede optiske frekvenskamme. Hvordan man opnår dobbeltfarveemission med høj lysstyrke i halvlederskivelasere og effektivt undertrykker forstærkningskonkurrence mellem flere bølgelængder har altid været en forskningsmæssig vanskelighed på dette område.
For nylig en tofarvethalvlederlaserEt team i Kina har foreslået et innovativt chipdesign til at imødegå denne udfordring. Gennem dybdegående numerisk forskning fandt de ud af, at præcis regulering af den temperaturrelaterede kvantebrøndforstærkningsfiltrering og halvledermikrokavitetsfiltreringseffekter forventes at opnå fleksibel kontrol af dobbeltfarveforstærkning. Baseret på dette designede teamet med succes en 960/1000 nm højlysstyrkeforstærkningschip. Denne laser fungerer i fundamentaltilstand nær diffraktionsgrænsen med en udgangslysstyrke på så høj som cirka 310 MW/cm²sr.
Halvlederskivens forstærkningslag er kun et par mikrometer tykt, og der dannes et Fabry-Perot-mikrohulrum mellem halvleder-luft-grænsefladen og den bundfordelte Bragg-reflektor. Ved at behandle halvledermikrohulrummet som chippens indbyggede spektralfilter vil forstærkningen af kvantebrønden moduleres. Samtidig har mikrohulrumsfiltreringseffekten og halvlederforstærkningen forskellige temperaturdriftshastigheder. Kombineret med temperaturkontrol kan der opnås skift og regulering af udgangsbølgelængder. Baseret på disse egenskaber beregnede og satte teamet kvantebrøndens forstærkningstoppepunkt til 950 nm ved en temperatur på 300 K, hvor temperaturdriftshastigheden for forstærkningsbølgelængden var ca. 0,37 nm/K. Efterfølgende designede teamet chippens longitudinelle begrænsningsfaktor ved hjælp af transmissionsmatrixmetoden med peakbølgelængder på henholdsvis ca. 960 nm og 1000 nm. Simuleringer viste, at temperaturdriftshastigheden kun var 0,08 nm/K. Ved at anvende metalorganisk kemisk dampaflejringsteknologi til epitaksial vækst og løbende optimere vækstprocessen, blev der med succes fremstillet forstærkningschips af høj kvalitet. Måleresultaterne for fotoluminescens er fuldstændig i overensstemmelse med simuleringsresultaterne. For at aflaste termisk belastning og opnå høj effekttransmission er halvleder-diamantchip-pakningsprocessen blevet videreudviklet.
Efter at have færdiggjort chippens pakning, udførte teamet en omfattende vurdering af dens laserydelse. I kontinuerlig driftstilstand kan emissionsbølgelængden fleksibelt justeres mellem 960 nm og 1000 nm ved at styre pumpeeffekten eller kølepladetemperaturen. Når pumpeeffekten er inden for et bestemt område, kan laseren også opnå dobbeltbølgelængdedrift med et bølgelængdeinterval på op til 39,4 nm. På dette tidspunkt når den maksimale kontinuerlige bølgeeffekt 3,8 W. I mellemtiden fungerer laseren i fundamentaltilstand nær diffraktionsgrænsen med en strålekvalitetsfaktor M² på kun 1,1 og en lysstyrke på så høj som cirka 310 MW/cm²sr. Teamet udførte også forskning i den kvasikontinuerlige bølgeydelse af ...laserSumfrekvenssignalet blev observeret ved at indsætte den ikke-lineære optiske LiB₃O₅-krystal i resonanskaviteten, hvilket bekræftede synkroniseringen af de to bølgelængder.
Gennem dette geniale chipdesign er den organiske kombination af kvantebrøndforstærkningsfiltrering og mikrokavitetsfiltrering opnået, hvilket har lagt et designgrundlag for realiseringen af tofarvede laserkilder. Med hensyn til præstationsindikatorer opnår denne single-chip tofarvede laser høj lysstyrke, høj fleksibilitet og præcis koaksial stråleudgang. Dens lysstyrke er på det internationalt førende niveau inden for det nuværende felt af single-chip tofarvede halvlederlasere. Med hensyn til praktisk anvendelse forventes denne præstation effektivt at forbedre detektionsnøjagtigheden og anti-interferenskapaciteten af multifarvede lidarer i komplekse miljøer ved at udnytte dens høje lysstyrke og tofarvede egenskaber. Inden for optiske frekvenskamme kan dens stabile tobølgelængdeudgang yde afgørende støtte til applikationer som præcis spektralmåling og optisk registrering med høj opløsning.
Opslagstidspunkt: 23. september 2025