As últimas investigacións sobre láseres semicondutores de dúas cores

As últimas investigacións sobre láseres semicondutores de dúas cores

Os láseres de disco semicondutores (láseres SDL), tamén coñecidos como láseres de emisión superficial de cavidade externa vertical (VECSEL), atraeron moita atención nos últimos anos. Combinan as vantaxes da ganancia de semicondutores e os resonadores de estado sólido. Non só alivian eficazmente a limitación da área de emisión do soporte monomodo para láseres semicondutores convencionais, senón que tamén presentan un deseño flexible de banda prohibida de semicondutores e características de alta ganancia de material. Pódense ver nunha ampla gama de escenarios de aplicación, como baixo ruído.láser de ancho de liña estreitosaída, xeración de pulsos de alta repetición ultracurtos, xeración de harmónicos de alta orde e tecnoloxía de estrelas guía de sodio, etc. Co avance da tecnoloxía, presentáronse requisitos máis elevados para a súa flexibilidade de lonxitude de onda. Por exemplo, as fontes de luz coherente de dobre lonxitude de onda demostraron un valor de aplicación extremadamente alto en campos emerxentes como o lidar antiinterferencia, a interferometría holográfica, a comunicación de multiplexación por división de lonxitudes de onda, a xeración de infravermellos medios ou terahercios e os peites de frecuencia ópticos multicolores. Como conseguir unha emisión de dobre cor de alto brillo en láseres de disco semicondutores e suprimir eficazmente a competencia de ganancia entre múltiples lonxitudes de onda sempre foi unha dificultade de investigación neste campo.

Recentemente, unha bicolorláser semicondutorUn equipo da China propuxo un deseño de chip innovador para abordar este desafío. Mediante unha investigación numérica exhaustiva, descubriron que a regulación precisa dos efectos de filtrado de ganancia de pozos cuánticos relacionados coa temperatura e de filtrado de microcavidades de semicondutores espérase que se logre un control flexible da ganancia de dobre cor. Baseándose nisto, o equipo deseñou con éxito un chip de ganancia de alto brillo de 960/1000 nm. Este láser funciona en modo fundamental preto do límite de difracción, cun brillo de saída de aproximadamente 310 MW/cm²sr.

A capa de ganancia do disco semicondutor ten só uns poucos micrómetros de grosor e fórmase unha microcavidade Fabry-Perot entre a interface semicondutor-aire e o reflector de Bragg distribuído na parte inferior. Tratar a microcavidade semicondutora como o filtro espectral incorporado do chip modulará a ganancia do pozo cuántico. Mentres tanto, o efecto de filtrado da microcavidade e a ganancia do semicondutor teñen diferentes taxas de deriva de temperatura. Combinado co control da temperatura, pódese conseguir a conmutación e regulación das lonxitudes de onda de saída. Baseándose nestas características, o equipo calculou e axustou o pico de ganancia do pozo cuántico a 950 nm a unha temperatura de 300 K, sendo a taxa de deriva de temperatura da lonxitude de onda de ganancia de aproximadamente 0,37 nm/K. Posteriormente, o equipo deseñou o factor de restrición lonxitudinal do chip usando o método da matriz de transmisión, con lonxitudes de onda máximas de aproximadamente 960 nm e 1000 nm respectivamente. As simulacións revelaron que a taxa de deriva de temperatura era só de 0,08 nm/K. Mediante o uso da tecnoloxía de deposición química de vapor metalorgánica para o crecemento epitaxial e a optimización continua do proceso de crecemento, fabricáronse con éxito chips de ganancia de alta calidade. Os resultados da medición de fotoluminescencia son totalmente consistentes cos resultados da simulación. Para aliviar a carga térmica e lograr unha transmisión de alta potencia, desenvolveuse aínda máis o proceso de empaquetado de chips de semicondutores e diamantes.

Despois de completar o empaquetado do chip, o equipo realizou unha avaliación exhaustiva do rendemento do seu láser. No modo de funcionamento continuo, ao controlar a potencia da bomba ou a temperatura do disipador de calor, a lonxitude de onda de emisión pódese axustar de forma flexible entre 960 nm e 1000 nm. Cando a potencia da bomba está dentro dun rango específico, o láser tamén pode lograr un funcionamento de dobre lonxitude de onda, cun intervalo de lonxitude de onda de ata 39,4 nm. Neste momento, a potencia máxima de onda continua alcanza os 3,8 W. Mentres tanto, o láser funciona en modo fundamental preto do límite de difracción, cun factor de calidade do feixe M² de só 1,1 e un brillo de aproximadamente 310 MW/cm²sr. O equipo tamén realizou unha investigación sobre o rendemento da onda cuasicontinua doláserO sinal de frecuencia de suma observouse con éxito inserindo o cristal óptico non lineal de LiB₃O₅ na cavidade resonante, o que confirma a sincronización das lonxitudes de onda duais.

Mediante este enxeñoso deseño de chip, conseguiuse a combinación orgánica de filtrado de ganancia de pozo cuántico e filtrado de microcavidades, sentando as bases de deseño para a realización de fontes láser de dobre cor. En termos de indicadores de rendemento, este láser de dobre cor dun só chip consegue un alto brillo, alta flexibilidade e unha saída de feixe coaxial precisa. O seu brillo está no nivel líder internacional no campo actual dos láseres semicondutores de dobre cor dun só chip. En termos de aplicación práctica, espérase que este logro mellore eficazmente a precisión de detección e a capacidade antiinterferencia do lidar multicolor en contornas complexas aproveitando as súas características de alto brillo e dobre cor. No campo dos peites de frecuencia óptica, a súa saída estable de dobre lonxitude de onda pode proporcionar un soporte crucial para aplicacións como a medición espectral precisa e a detección óptica de alta resolución.