Uusimad uuringud kahevärviliste pooljuhtlaserite kohta

Uusimad uuringud kahevärviliste pooljuhtlaserite kohta

Pooljuhtketaslaserid (SDL-laserid), tuntud ka kui vertikaalsed välise õõnsusega pinnakiirguslaserid (VECSEL), on viimastel aastatel palju tähelepanu pälvinud. Need ühendavad endas pooljuhtvõimenduse ja tahkisresonaatorite eelised. Need mitte ainult ei leevenda tõhusalt tavapäraste pooljuhtlaserite ühemoodilise toe emissiooniala piirangut, vaid neil on ka paindlik pooljuhtriba disain ja kõrged materjali võimenduse omadused. Neid saab näha paljudes rakendustes, näiteks madala müratasemegakitsa joone laiusega laserväljund, ülilühikeste, korduvate impulsside genereerimine, kõrget järku harmooniliste genereerimine ja naatriumjuhttähe tehnoloogia jne. Tehnoloogia arenedes on selle lainepikkuse paindlikkusele esitatud kõrgemaid nõudeid. Näiteks on kahe lainepikkusega koherentsed valgusallikad näidanud äärmiselt suurt rakendusväärtust sellistes arenevates valdkondades nagu interferentsivastane lidar, holograafiline interferomeetria, lainepikkuse jagamise multipleksimise side, keskmise infrapuna või terahertsi genereerimine ja mitmevärvilised optilised sageduskammid. Pooljuhtketaslaserites suure heledusega kahevärvilise kiirguse saavutamine ja mitme lainepikkuse vahelise võimenduskonkurentsi tõhus mahasurumine on selles valdkonnas alati olnud uurimisprobleem.

Hiljuti kahevärvilinepooljuhtlaserHiina meeskond on selle probleemi lahendamiseks välja pakkunud uuendusliku kiibi disaini. Põhjaliku numbrilise uurimistöö abil leidsid nad, et temperatuuriga seotud kvantkaevude võimenduse filtreerimise ja pooljuhtide mikroõõnsuste filtreerimise efektide täpne reguleerimine peaks saavutama kahevärvilise võimenduse paindliku juhtimise. Selle põhjal konstrueeris meeskond edukalt 960/1000 nm suure heledusega võimendusega kiibi. See laser töötab põhirežiimis difraktsioonipiiri lähedal, väljundheledusega kuni umbes 310 MW/cm²sr.

Pooljuhtketta võimenduskiht on vaid mõne mikromeetri paksune ning pooljuht-õhk liidese ja alumise hajutatud Braggi reflektori vahele on moodustunud Fabry-Peroti mikroõõnsus. Pooljuhtmikroõõnsuse käsitlemine kiibi sisseehitatud spektraalfiltrina moduleerib kvantkaevu võimendust. Samal ajal on mikroõõnsuste filtreerimisefektil ja pooljuhtvõimendusel erinevad temperatuuri triivi kiirused. Koos temperatuuri reguleerimisega on võimalik saavutada väljundlainepikkuste lülitamine ja reguleerimine. Nende omaduste põhjal arvutas ja seadis meeskond kvantkaevu võimenduspiigi 300 K temperatuuril 950 nm-le, kusjuures võimenduslainepikkuse temperatuuri triivi kiirus on ligikaudu 0,37 nm/K. Seejärel kavandas meeskond kiibi pikisuunalise piiranguteguri, kasutades transmissioonmaatriksi meetodit, mille tipplainepikkused on vastavalt ligikaudu 960 nm ja 1000 nm. Simulatsioonid näitasid, et temperatuuri triivi kiirus oli vaid 0,08 nm/K. Kasutades epitaksiaalseks kasvatamiseks metallorgaanilise keemilise aurustamise tehnoloogiat ja pidevalt optimeerides kasvuprotsessi, valmistati edukalt kvaliteetseid võimenduskiibisid. Fotoluminestsentsi mõõtmistulemused on simulatsiooni tulemustega täielikult kooskõlas. Soojuskoormuse leevendamiseks ja suure võimsusülekande saavutamiseks on pooljuht-teemantkiibi pakkimisprotsessi edasi arendatud.

Pärast kiibi pakendamise lõpetamist viis meeskond läbi laseri jõudluse põhjaliku hindamise. Pideva töö režiimis saab pumba võimsust või jahutusradiaatori temperatuuri reguleerides emissioonlainepikkust paindlikult reguleerida vahemikus 960 nm kuni 1000 nm. Kui pumba võimsus on kindlas vahemikus, saab laser saavutada ka kahe lainepikkusega töö, lainepikkuste intervalliga kuni 39,4 nm. Sel ajal ulatub maksimaalne pideva laine võimsus 3,8 W-ni. Samal ajal töötab laser põhirežiimis difraktsioonipiiri lähedal, kiire kvaliteediteguriga M² vaid 1,1 ja heledusega kuni umbes 310 MW/cm²sr. Meeskond viis läbi ka uuringuid laseri kvaasipideva laine jõudluse kohta.laserLiB₃O₅ mittelineaarse optilise kristalli sisestamisega resonantsõõnsusse õnnestus edukalt jälgida summaarset sagedussignaali, mis kinnitas kahe lainepikkuse sünkroniseerumist.

Selle leidliku kiibidisaini abil on saavutatud kvantvõimenduse filtreerimise ja mikroõõnsuste filtreerimise orgaaniline kombinatsioon, mis loob aluse kahevärviliste laserallikate realiseerimiseks. Jõudlusnäitajate poolest saavutab see ühekiibiline kahevärviline laser suure heleduse, suure paindlikkuse ja täpse koaksiaalkiire väljundi. Selle heledus on praeguses ühekiibiliste kahevärviliste pooljuhtlaserite valdkonnas rahvusvaheliselt juhtival tasemel. Praktilise rakenduse seisukohast peaks see saavutus parandama mitmevärvilise lidari tuvastustäpsust ja häiretevastast võimet keerulistes keskkondades, kasutades ära selle suurt heledust ja kahevärvilisi omadusi. Optiliste sageduskambrite valdkonnas võib selle stabiilne kahe lainepikkusega väljund pakkuda olulist tuge selliste rakenduste jaoks nagu täpne spektraalmõõtmine ja kõrge eraldusvõimega optiline andur.