Недавно је тим за полупроводничке ласере који се састоји од Школе интердисциплинарних наука на Националном универзитету за одбрамбену технологију и Сузхоу Цханггуанг Хуакин Оптоелецтроницс Тецхнологи Цо., Лтд. направио значајан напредак у истраживању ласера са двоструком{2}}бојом полупроводника. Налази под називом „Монолитни 960/1000нм двобојни полупроводнички диск ласерски ласер испоручује осветљеност од преко 300 МВ/цм²ср“ објављени су у АЦС Пхотоницс. Зханг Зхицхенг, помоћник истраживача на УСТЦ-у, служио је као први аутор, а професори Ванг Јун и Зханг Цхао Фан су били одговарајући аутори.
Полупроводнички диск ласери (СДЛ), такође познати као ласери који емитују вертикалну-површинску шупљину- (ВЕЦСЕЛ), привукли су значајну пажњу последњих година. Комбинујући предности полупроводничког појачања и резонатора у чврстом стању-, они ефикасно превазилазе ограничења емисионе површине конвенционалних једномодних-полупроводничких ласера док нуде флексибилан дизајн полупроводничког појасног размака и високе карактеристике материјалног појачања. Они налазе примену у бројним сценаријима, укључујући ниску{6}}уску{7}}ласерску ширину шума{7}}ласерског излаза, ултрабрзо генерисање пулса са великом брзином-понављања{9}}генерисањем високих{10}}хармоника и технологију натријумове звезде водилице. Напредна технологија захтева већу флексибилност таласних дужина. Двоструки-кохерентни извори са таласном дужином показују огроман потенцијал у новим областима као што су анти-лидар против ометања, холографска интерферометрија, комуникације мултиплексирања по таласним дужинама, средње{15}}инфрацрвена или терахерцна генерација и вишебојни оптички фреквентни чешљеви. Постизање емисије са две таласне дужине-осветљености- уз потискивање конкуренције у појачању између таласних дужина остаје значајан изазов у полупроводничким диск ласерима.
Да би се суочио са овим изазовом, тим за полупроводничке ласере је предложио иновативни дизајн чипа. Кроз-дубоке нумеричке студије, открили су да прецизно контролисање-зависног од температуре филтрирања појачања квантног бунара и ефеката филтрирања микрошупљина полупроводника може омогућити флексибилну двоструку-регулацију појачања боје. Надовезујући се на ово, тим је успешно дизајнирао чип-високо појачање осветљености који ради на 960/1000 нм. Овај ласер ради у основном режиму који је скоро{9}}ограничен дифракцијом{10}}, постижући излазну светлост од приближно 310 мВ/цм²ср.
Ресеарцх Инноватионс
Слика 1: Дизајн чипа полупроводничког појачања високе{1}}осветљености-двојне таласне дужине
Слој појачања полупроводничке плочице је дебео само неколико микрометара, формирајући Фабри-Перот микрошупљину између полупроводничког-ваздушног интерфејса и дистрибуираног Бреговог рефлектора на подлози. Третирање микрошупљине полупроводника као интегрисаног спектралног филтера модулира појачање квантног бунара. Истовремено, ефекат филтрирања микрошупљине и појачање полупроводника показују различите стопе температурног одступања. У комбинацији са контролом температуре, ово омогућава пребацивање и регулацију излазне таласне дужине. Користећи ова својства, тим је рачунарски поставио пик појачања квантног бунара на 950 нм на 300 К, са температуром померања таласне дужине појачања од приближно 0,37 нм/К. Након тога, тим је користио метод матрице преноса да дизајнира факторе уздужног ограничења чипа, постижући вршне таласне дужине од приближно 960 нм и 1000 нм. Симулације су откриле брзину температурног одступања од само 0,08 нм/К. Користећи метал-органско хемијско таложење паре (МОЦВД) за епитаксијални раст, тим је успешно произвео чипове високог{16}}квалитета кроз континуирану оптимизацију процеса. Мерења фотолуминисценције су у потпуности одговарала резултатима симулације. Да би се ублажило топлотно оптерећење и омогућио рад велике снаге, даље је развијен процес паковања полупроводничких{20} дијамантских чипова.
Свеобухватна анализа излазних карактеристика полупроводничког појачања чипа
Након паковања чипова, тим је спровео свеобухватну процену његових ласерских перформанси. У континуалном режиму рада, таласна дужина емисије може се флексибилно подесити између 960 нм и 1000 нм контролисањем снаге пумпе или температуре хладњака. Унутар одређеног опсега снаге пумпе, ласер је такође постигао двоструку-операцију таласне дужине са размаком таласне дужине од 39,4 нм, постигавши максималну континуирану{6}}таласну снагу од 3,8 В. Истовремено, ласер је одржавао близу -дифракције{10}}ограниченог основног фактора квалитета рада од 12 и био је само један од основних фактора квалитета М². 310 МВ/цм²ср. Тим је такође истражио квази{14}}перформансе ласера у непрекидном таласу. Убацивањем нелинеарног оптичког кристала ЛиБ₃О₅ у шупљину резонатора, они су успешно приметили сигнале суме{16}}фреквенције, потврђујући синхронизацију обе таласне дужине.
Овај генијални дизајн чипа постиже органску интеграцију филтрирања квантног појачања и филтрирања микрошупљина, постављајући основу дизајна за реализацију ласерских извора са двоструком{0}}таласном дужином. Што се тиче метрике перформанси, овај монолитни ласер са двоструком-таласном дужином постиже високу осветљеност, велику флексибилност и прецизан излаз коаксијалног снопа. Његова сјајност се сврстава међу водеће светске нивое у тренутној области монолитних полупроводничких ласера са двоструком{4}}таласном дужином. За практичне примене, ово достигнуће обећава у више-лидар системима. Користећи своју високу осветљеност и карактеристике двоструке{8}}таласне дужине, може ефикасно да побољша тачност радарског откривања и могућности против-сметања у сложеним окружењима. У применама оптичког фреквентног чешља, његов стабилан излаз са двоструком{11}}таласном дужином пружа критичну подршку за прецизна спектрална мерења и оптичко сенсинг-високе резолуције. Гледајући унапред, тим планира да продуби своја истраживања. С једне стране, они имају за циљ да развију уређаје са електро{15}}пумпом оптимизовањем параметара као што су димензије електрода и допинг ради даљег повећања снаге једног{16}}мода. Са друге стране, они ће истраживати нове полупроводничке ласере{18}које емитују електро{18}површине фотонских кристала{19}.
