Çift renkli yarı iletken lazerler üzerine en son araştırmalar
Yarı iletken disk lazerler (SDL lazerler), diğer adıyla dikey harici boşluklu yüzeyden yayılan lazerler (VECSEL), son yıllarda büyük ilgi görmüştür. Yarı iletken kazancının 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 gibi geniş bir uygulama yelpazesinde görülebilir.dar hat genişliğine sahip lazerÇıkış, ultra kısa yüksek tekrarlı darbe üretimi, yüksek dereceli harmonik üretimi ve sodyum kılavuz yıldız teknolojisi vb. Teknolojinin ilerlemesiyle birlikte, dalga boyu esnekliği için daha yüksek gereksinimler ortaya konmuştur. Örneğin, çift dalga boylu koherent ışık kaynakları, anti-parazit lidar, holografik interferometri, dalga boyu bölmeli çoklama 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 emisyon elde etmek ve birden fazla dalga boyu arasındaki kazanç rekabetini etkili bir şekilde bastırmak, bu alanda her zaman bir araştırma zorluğu olmuştur.
Son zamanlarda, çift renkli biryarı iletken lazerÇin'deki bir ekip, bu zorluğun üstesinden gelmek için yenilikçi bir çip tasarımı önerdi. Derinlemesine sayısal araştırmalar sonucunda, sıcaklıkla ilgili kuantum kuyusu kazanç filtrelemesi ve yarı iletken mikro boşluk filtreleme etkilerinin hassas bir şekilde düzenlenmesinin, çift renkli kazancın esnek kontrolünü sağlayacağını buldular. Buna dayanarak, ekip 960/1000 nm yüksek parlaklıklı bir kazanç çipi tasarlamayı başardı. Bu lazer, yaklaşık 310 MW/cm²sr'ye kadar yüksek bir çıkış parlaklığıyla, kırınım sınırına yakın temel modda çalışmaktadır.
Yarı iletken diskin kazanç katmanı yalnızca birkaç mikrometre kalınlığındadır ve yarı iletken-hava arayüzü ile alt dağıtılmış Bragg reflektörü arasında bir Fabry-Perot mikro boşluğu oluşturulmuştur. Yarı iletken mikro boşluğun çipin dahili spektral filtresi olarak ele alınması, 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 anahtarlanması ve düzenlenmesi sağlanabilir. Bu özelliklere dayanarak, ekip 300 K sıcaklıkta kuantum kuyusunun kazanç tepe noktasını 950 nm olarak hesapladı ve belirledi; kazanç dalga boyunun sıcaklık kayma oranı yaklaşık 0,37 nm/K'dir. Daha sonra, ekip iletim matrisi yöntemini kullanarak çipin boyuna kısıtlama faktörünü tasarladı ve sırasıyla yaklaşık 960 nm ve 1000 nm tepe dalga boyları elde etti. Simülasyonlar, sıcaklık kayma oranının yalnızca 0,08 nm/K olduğunu ortaya koydu. Epitaksiyel büyüme için metal-organik kimyasal buhar biriktirme teknolojisi kullanılarak ve büyüme süreci sürekli olarak optimize edilerek, yüksek kaliteli kazanç çipleri başarıyla üretilmiştir. Fotolüminesans ölçüm sonuçları, simülasyon sonuçlarıyla tamamen tutarlıdır. Isı yükünü azaltmak ve yüksek güç iletimi sağlamak için, yarı iletken-elmas çip paketleme süreci daha da geliştirilmiştir.
Çip paketleme işlemi tamamlandıktan sonra, ekip lazer performansının kapsamlı bir değerlendirmesini gerçekleştirdi. Sürekli çalışma modunda, pompa gücü veya soğutucu sıcaklığı kontrol edilerek, emisyon dalga boyu 960 nm ile 1000 nm arasında esnek bir şekilde ayarlanabiliyor. Pompa gücü belirli bir aralıkta olduğunda, lazer 39,4 nm'ye kadar dalga boyu aralığıyla çift dalga boylu çalışma da sağlayabiliyor. Bu durumda, maksimum sürekli dalga gücü 3,8 W'a ulaşıyor. Bu arada, lazer, yalnızca 1,1'lik bir ışın kalite faktörü M² ve yaklaşık 310 MW/cm²sr kadar yüksek bir parlaklıkla, kırınım sınırına yakın temel modda çalışıyor. Ekip ayrıca, yarı sürekli dalga performansı üzerine de araştırmalar yaptı.lazerLiB₃O₅ doğrusal olmayan optik kristalinin rezonans boşluğuna yerleştirilmesiyle toplam frekans sinyali başarıyla gözlemlendi ve çift dalga boylarının senkronizasyonu doğrulandı.
Bu dahiyane çip tasarımı sayesinde, kuantum kuyusu kazanç filtrelemesi ve mikro boşluk filtrelemesinin organik birleşimi gerçekleştirilmiş 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 renk özelliklerinden yararlanarak, karmaşık ortamlarda çok renkli lidarın algılama doğruluğunu ve parazit önleme yeteneğini etkili bir şekilde artırması beklenmektedir. Optik frekans tarakları alanında, kararlı çift dalga boylu çıkışı, hassas spektral ölçüm ve yüksek çözünürlüklü optik algılama gibi uygulamalar için kritik destek sağlayabilir.
Yayın tarihi: 23 Eylül 2025