İki rəngli yarımkeçirici lazerlər üzrə ən son araşdırma

İki rəngli yarımkeçirici lazerlər üzrə ən son araşdırma

Şaquli xarici boşluq səthi emissiya lazerləri (VECSEL) kimi də tanınan yarımkeçirici disk lazerləri (SDL lazerləri) son illərdə çox diqqət çəkmişdir. O, yarımkeçirici qazanc və bərk cisim rezonatorlarının üstünlüklərini birləşdirir. O, nəinki adi yarımkeçirici lazerlər üçün tək rejimli dəstəyin emissiya sahəsinin məhdudlaşdırılmasını effektiv şəkildə yüngülləşdirir, həm də çevik yarımkeçirici diapazon dizaynına və yüksək material qazanma xüsusiyyətlərinə malikdir. Bu, aşağı səs-küy kimi geniş tətbiq ssenarilərində görülə bilərdar xətt enli lazerçıxış, ultra-qısa yüksək təkrar impuls generasiyası, yüksək nizamlı harmonik generasiya və natrium bələdçi ulduz texnologiyası və s. Texnologiyanın inkişafı ilə onun dalğa boyu çevikliyi üçün daha yüksək tələblər irəli sürülür. Məsələn, ikili dalğa uzunluğuna malik koherent işıq mənbələri anti-müdaxilə lidar, holoqrafik interferometriya, dalğa uzunluğunun bölünməsi multipleksasiyası, orta infraqırmızı və ya terahers generasiyası və çoxrəngli optik tezlik daraqları kimi inkişaf etməkdə olan sahələrdə olduqca yüksək tətbiq dəyəri nümayiş etdirmişdir. Yarımkeçirici disk lazerlərində yüksək parlaqlıqda iki rəngli emissiyaya necə nail olmaq və çoxlu dalğa uzunluqları arasında qazanc rəqabətini effektiv şəkildə aradan qaldırmaq həmişə bu sahədə tədqiqat çətinliyi olmuşdur.

Bu yaxınlarda iki rəngliyarımkeçirici lazerÇindəki komanda bu problemi həll etmək üçün yenilikçi çip dizaynı təklif etdi. Dərin ədədi tədqiqatlar nəticəsində onlar müəyyən ediblər ki, temperaturla əlaqəli kvant quyusunun qazanc filtrasiyası və yarımkeçirici mikro boşluq filtrləmə effektlərinin dəqiq tənzimlənməsi ikili rəng qazancının çevik nəzarətinə nail olmaq üçün gözlənilir. Buna əsaslanaraq, komanda 960/1000 nm yüksək parlaqlıq qazanma çipini uğurla dizayn etdi. Bu lazer difraksiya həddinə yaxın fundamental rejimdə işləyir, çıxış parlaqlığı təxminən 310 MW/sm²sr kimi yüksəkdir.

Yarımkeçirici diskin qazanc təbəqəsi cəmi bir neçə mikrometr qalınlığındadır və yarımkeçirici-hava interfeysi ilə aşağı paylanmış Bragg reflektoru arasında Fabry-Perot mikroboşluğu əmələ gəlir. Yarımkeçirici mikroboşluğu çipin daxili spektral filtri kimi qəbul etmək kvant quyusunun qazancını modullaşdıracaq. Bu arada, mikro boşluq filtrləmə effekti və yarımkeçirici qazanc fərqli temperatur sürüşmə dərəcələrinə malikdir. Temperatur nəzarəti ilə birlikdə çıxış dalğa uzunluqlarının dəyişdirilməsi və tənzimlənməsinə nail olmaq olar. Bu xüsusiyyətlərə əsasən, komanda 300 K temperaturda 950 nm kvant quyusunun qazanc zirvəsini hesabladı və təyin etdi, qazanc dalğa uzunluğunun temperatur sürüşmə sürəti təxminən 0,37 nm/K idi. Daha sonra komanda, müvafiq olaraq təxminən 960 nm və 1000 nm pik dalğa uzunluqları ilə ötürücü matrix metodundan istifadə edərək çipin uzunlamasına məhdudiyyət faktorunu dizayn etdi. Simulyasiyalar göstərdi ki, temperatur sürüşmə sürəti cəmi 0,08 nm/K idi. Epitaksial böyümə üçün metal-üzvi kimyəvi buxar çökdürmə texnologiyasından istifadə edərək və böyümə prosesini davamlı olaraq optimallaşdıraraq, yüksək keyfiyyətli qazanc çipləri uğurla istehsal edildi. Fotolüminesansın ölçmə nəticələri simulyasiya nəticələrinə tamamilə uyğundur. İstilik yükünü azaltmaq və yüksək enerji ötürülməsinə nail olmaq üçün yarımkeçirici almaz çipinin qablaşdırılması prosesi daha da inkişaf etdirilmişdir.

Çip qablaşdırmanı tamamladıqdan sonra komanda onun lazer performansının hərtərəfli qiymətləndirilməsini həyata keçirib. Davamlı iş rejimində, nasosun gücünü və ya soyuducu temperaturu idarə etməklə, emissiya dalğasının uzunluğu 960 nm ilə 1000 nm arasında çevik şəkildə tənzimlənə bilər. Nasosun gücü müəyyən diapazonda olduqda, lazer 39,4 nm-ə qədər dalğa uzunluğu intervalı ilə ikili dalğa uzunluğunda işləməyə də nail ola bilər. Bu zaman maksimum fasiləsiz dalğa gücü 3,8 Vt-a çatır. Eyni zamanda, lazer şüa keyfiyyət əmsalı M² cəmi 1,1 və parlaqlıq təxminən 310 MVt/sm²sr olmaqla, difraksiya həddinə yaxın fundamental rejimdə işləyir. Komanda, həmçinin, dalğanın kvazi-davamlı dalğa performansı ilə bağlı araşdırmalar aparıblazer. LiB₃O₅ qeyri-xətti optik kristalın rezonans boşluğuna daxil edilməsi ilə cəm tezliyi siqnalı uğurla müşahidə edildi və ikili dalğa uzunluqlarının sinxronizasiyası təsdiq edildi.

Bu dahiyanə çip dizaynı vasitəsilə iki rəngli lazer mənbələrinin reallaşdırılması üçün dizayn əsasını qoyaraq, kvant quyularının qazanc filtrasiyası və mikroboşluq filtrasiyasının üzvi birləşməsinə nail olunub. Performans göstəriciləri baxımından bu tək çipli ikirəngli lazer yüksək parlaqlıq, yüksək elastiklik və dəqiq koaksial şüa çıxışı əldə edir. Onun parlaqlığı tək çipli ikirəngli yarımkeçirici lazerlərin hazırkı sahəsində beynəlxalq lider səviyyəsindədir. Praktik tətbiq baxımından bu nailiyyətin yüksək parlaqlıq və iki rəngli xüsusiyyətlərindən istifadə etməklə mürəkkəb mühitlərdə çoxrəngli lidarın aşkarlama dəqiqliyini və anti-müdaxilə qabiliyyətini effektiv şəkildə artıracağı gözlənilir. Optik tezlik daraqları sahəsində onun sabit iki dalğa uzunluğunda çıxışı dəqiq spektral ölçmə və yüksək rezolyusiyaya malik optik zondlama kimi tətbiqlər üçün mühüm dəstək verə bilər.