Çift renkli yarı iletken lazerler üzerine en son araştırmalar
Dikey dış boşluk yüzey yayıcı lazerler (VECSEL) olarak da bilinen yarı iletken disk lazerler (SDL lazerler), son yıllarda büyük ilgi görmüştür. Yarı iletken kazanç ve katı hal rezonatörlerinin avantajlarını bir araya getirir. Geleneksel yarı iletken lazerler için tek modlu desteğin emisyon alanı sınırlamasını etkili bir şekilde hafifletmekle kalmaz, aynı zamanda esnek bir yarı iletken bant aralığı tasarımına ve yüksek malzeme kazanç özelliklerine de sahiptir. Düşük gürültülü, düşük frekanslı, yüksek frekanslı, düşük ...dar hat genişliğine sahip lazerçıkış, ultra kısa yüksek tekrarlı darbe üretimi, yüksek mertebeden harmonik üretimi ve sodyum kılavuz yıldız teknolojisi vb. Teknolojinin ilerlemesiyle birlikte, dalga boyu esnekliği için daha yüksek gereksinimler ortaya çıkmıştır. Örneğin, çift dalga boylu tutarlı ışık kaynakları, anti-parazit lidar, holografik interferometri, dalga boyu bölmeli çoğullama iletişimi, orta kızılötesi veya terahertz üretimi ve çok renkli optik frekans tarakları gibi gelişmekte olan alanlarda son derece yüksek uygulama değeri göstermiştir. Yarı iletken disk lazerlerde yüksek parlaklıkta çift renkli emisyonun nasıl elde edileceği ve birden fazla dalga boyu arasındaki kazanç rekabetinin etkili bir şekilde nasıl bastırılacağı, bu alanda her zaman bir araştırma zorluğu olmuştur.
Son zamanlarda, çift renkliyarı iletken lazerÇin'deki bir ekip, bu zorluğun üstesinden gelmek için yenilikçi bir çip tasarımı önerdi. Derinlemesine sayısal araştırmalar yoluyla, sıcaklıkla ilişkili kuantum kuyusu kazanç filtrelemesi ve yarı iletken mikro boşluk filtreleme etkilerinin hassas bir şekilde düzenlenmesinin, çift renkli kazancın esnek bir şekilde kontrol edilmesini sağlayacağını buldular. Buna dayanarak, ekip 960/1000 nm yüksek parlaklıklı bir kazanç çipini başarıyla tasarladı. Bu lazer, kırınım sınırına yakın temel modda çalışır ve yaklaşık 310 MW/cm²sr kadar yüksek bir çıkış parlaklığına sahiptir.
Yarı iletken diskin kazanç katmanı yalnızca birkaç mikrometre kalınlığındadır ve yarı iletken-hava arayüzü ile altta dağıtılmış Bragg reflektörü arasında bir Fabry-Perot mikro boşluğu oluşur. Yarı iletken mikro boşluğunu çipin yerleşik spektral filtresi olarak ele almak, kuantum kuyusunun kazancını modüle edecektir. Bu arada, mikro boşluk filtreleme etkisi ve yarı iletken kazancı farklı sıcaklık kayma oranlarına sahiptir. Sıcaklık kontrolü ile birleştirildiğinde, çıkış dalga boylarının değiştirilmesi ve düzenlenmesi sağlanabilir. Bu özelliklere dayanarak, ekip kuantum kuyusunun kazanç tepe noktasını 300 K sıcaklıkta 950 nm'de hesapladı ve ayarladı; kazanç dalga boyunun sıcaklık kayma oranı yaklaşık 0,37 nm/K idi. Daha sonra ekip, iletim matrisi yöntemini kullanarak çipin uzunlamasına kısıt faktörünü tasarladı ve tepe dalga boyları sırasıyla yaklaşık 960 nm ve 1000 nm idi. Simülasyonlar, sıcaklık kayma oranının yalnızca 0,08 nm/K olduğunu ortaya koydu. Epitaksiyel büyüme için metal-organik kimyasal buhar biriktirme teknolojisinin kullanılması ve büyüme sürecinin sürekli olarak optimize edilmesiyle, yüksek kaliteli kazanç yongaları başarıyla üretildi. Fotolüminesans ölçüm sonuçları, simülasyon sonuçlarıyla tamamen tutarlıdır. Isıl yükü hafifletmek ve yüksek güç iletimi sağlamak için yarı iletken-elmas yonga paketleme süreci daha da geliştirildi.
Çip paketlemesi tamamlandıktan sonra ekip, lazer performansının kapsamlı bir değerlendirmesini gerçekleştirdi. Sürekli çalışma modunda, pompa gücü veya ısı emici sıcaklığı kontrol edilerek emisyon dalga boyu 960 nm ile 1000 nm arasında esnek bir şekilde ayarlanabilir. Pompa gücü belirli bir aralıkta olduğunda, lazer 39,4 nm'ye kadar bir dalga boyu aralığıyla çift dalga boyu çalışmasına da ulaşabilir. Bu sırada, maksimum sürekli dalga gücü 3,8 W'a ulaşır. Bu arada, lazer kırınım sınırına yakın temel modda, yalnızca 1,1 M² ışın kalite faktörü ve yaklaşık 310 MW/cm²sr kadar yüksek bir parlaklıkla çalışır. Ekip ayrıca, yarı sürekli dalga performansı üzerine de araştırmalar yürütmüştür.lazerToplam frekans sinyali, LiB₃O₅ doğrusal olmayan optik kristalin rezonans boşluğuna yerleştirilmesiyle başarıyla gözlemlendi ve çift dalga boylarının senkronizasyonu doğrulandı.
Bu ustaca çip tasarımı sayesinde, kuantum kuyusu kazanç filtrelemesi ve mikro boşluk filtrelemesinin organik birleşimi elde edilmiş ve çift renkli lazer kaynaklarının gerçekleştirilmesi için bir tasarım temeli oluşturulmuştur. Performans göstergeleri açısından, bu tek çipli çift renkli lazer yüksek parlaklık, yüksek esneklik ve hassas koaksiyel ışın çıkışı sağlamaktadır. Parlaklığı, mevcut tek çipli çift renkli yarı iletken lazerler alanında uluslararası lider seviyededir. Pratik uygulama açısından, bu başarının yüksek parlaklık ve çift renkli özelliklerinden yararlanarak karmaşık ortamlarda çok renkli lidarın algılama doğruluğunu ve parazit önleme kabiliyetini etkili bir şekilde artırması beklenmektedir. Optik frekans tarakları alanında, kararlı çift dalga boyu çıkışı, hassas spektral ölçüm ve yüksek çözünürlüklü optik algılama gibi uygulamalar için önemli destek sağlayabilir.
Gönderim zamanı: 23-Eyl-2025