Cele mai recente cercetări privind laserele semiconductoare cu două culori
Laserele cu disc semiconductor (lasere SDL), cunoscute și sub denumirea de lasere cu emisie de suprafață cu cavitate externă verticală (VECSEL), au atras multă atenție în ultimii ani. Acestea combină avantajele câștigului semiconductorilor și ale rezonatoarelor în stare solidă. Nu numai că atenuează eficient limitarea zonei de emisie a suportului monomod pentru laserele semiconductoare convenționale, dar prezintă și un design flexibil al benzii interzise a semiconductorilor și caracteristici de câștig ridicat al materialului. Pot fi utilizate într-o gamă largă de scenarii de aplicare, cum ar fi zgomot redus.laser cu lățime de linie îngustăieșire, generare de impulsuri ultra-scurte cu repetiție înaltă, generare de armonice de ordin înalt și tehnologie de stele ghid de sodiu etc. Odată cu avansarea tehnologiei, au fost impuse cerințe mai mari pentru flexibilitatea lungimii de undă. De exemplu, sursele de lumină coerente cu lungime de undă dublă au demonstrat o valoare de aplicare extrem de ridicată în domenii emergente, cum ar fi lidar anti-interferență, interferometria holografică, comunicarea prin multiplexare prin diviziune de lungime de undă, generarea de infraroșu mediu sau terahertz și pieptenii de frecvență optică multicoloră. Modul de a obține o emisie dublă de culoare de înaltă luminozitate în laserele cu disc semiconductor și de a suprima eficient concurența de câștig între lungimi de undă multiple a reprezentat întotdeauna o dificultate de cercetare în acest domeniu.
Recent, o bicolorălaser semiconductorO echipă din China a propus un design inovator de cip pentru a aborda această provocare. Prin cercetări numerice aprofundate, au descoperit că reglarea precisă a filtrării cuantice a câștigului de puțuri și a efectelor de filtrare a microcavităților semiconductoarelor este de așteptat să realizeze un control flexibil al câștigului de culoare duală. Pe baza acestui fapt, echipa a proiectat cu succes un cip cu câștig de luminozitate ridicată de 960/1000 nm. Acest laser funcționează în modul fundamental în apropierea limitei de difracție, cu o luminozitate de ieșire de aproximativ 310 MW/cm²sr.
Stratul de amplificare al discului semiconductor are o grosime de doar câțiva micrometri, iar între interfața semiconductor-aer și reflectorul Bragg distribuit în partea inferioară se formează o microcavitate Fabry-Perot. Tratarea microcavității semiconductoare ca filtru spectral încorporat al cipului va modula amplificarea sondei cuantice. Între timp, efectul de filtrare al microcavității și amplificarea semiconductorului au rate diferite de derivă a temperaturii. Combinate cu controlul temperaturii, se poate realiza comutarea și reglarea lungimilor de undă de ieșire. Pe baza acestor caracteristici, echipa a calculat și a setat vârful de amplificare al sondei cuantice la 950 nm la o temperatură de 300 K, rata de derivă a temperaturii lungimii de undă de amplificare fiind de aproximativ 0,37 nm/K. Ulterior, echipa a proiectat factorul de constrângere longitudinală al cipului folosind metoda matricei de transmisie, cu lungimi de undă de vârf de aproximativ 960 nm și, respectiv, 1000 nm. Simulările au arătat că rata de derivă a temperaturii a fost de numai 0,08 nm/K. Prin utilizarea tehnologiei de depunere chimică în fază de vapori metalo-organică pentru creșterea epitaxială și prin optimizarea continuă a procesului de creștere, au fost fabricate cu succes cipuri de înaltă calitate cu amplificare. Rezultatele măsurătorilor fotoluminescenței sunt complet în concordanță cu rezultatele simulării. Pentru a reduce sarcina termică și a obține o transmisie de putere mare, procesul de ambalare a cipurilor semiconductoare cu diamant a fost dezvoltat în continuare.
După finalizarea ambalării cipului, echipa a efectuat o evaluare cuprinzătoare a performanței laserului său. În modul de funcționare continuă, prin controlul puterii pompei sau al temperaturii radiatorului, lungimea de undă a emisiei poate fi ajustată flexibil între 960 nm și 1000 nm. Când puterea pompei se află într-un interval specific, laserul poate realiza, de asemenea, funcționarea cu lungime de undă dublă, cu un interval de lungime de undă de până la 39,4 nm. În acest moment, puterea maximă a undei continue atinge 3,8 W. Între timp, laserul funcționează în modul fundamental în apropierea limitei de difracție, cu un factor de calitate a fasciculului M² de numai 1,1 și o luminozitate de aproximativ 310 MW/cm²sr. Echipa a efectuat, de asemenea, cercetări privind performanța undelor cvasi-continue a laserului.laserSemnalul de frecvență sumară a fost observat cu succes prin introducerea cristalului optic neliniar LiB₃O₅ în cavitatea rezonantă, confirmând sincronizarea lungimilor de undă duale.
Prin intermediul acestui design ingenios al cipului, s-a realizat combinația organică dintre filtrarea cuantică a câștigului de puț și filtrarea microcavităților, punând bazele de design pentru realizarea surselor laser cu două culori. În ceea ce privește indicatorii de performanță, acest laser cu două culori, cu un singur cip, atinge o luminozitate ridicată, o flexibilitate ridicată și o ieșire precisă a fasciculului coaxial. Luminozitatea sa se află la nivelul internațional de top în domeniul actual al laserelor semiconductoare cu două culori, cu un singur cip. În ceea ce privește aplicarea practică, se așteaptă ca această realizare să îmbunătățească eficient precizia detecției și capacitatea anti-interferență a lidarului multicolor în medii complexe, valorificând caracteristicile sale de luminozitate ridicată și de culoare duală. În domeniul pieptenilor de frecvență optică, ieșirea sa stabilă cu lungime de undă duală poate oferi un suport crucial pentru aplicații precum măsurarea spectrală precisă și detectarea optică de înaltă rezoluție.
Data publicării: 23 septembrie 2025