Найноўшыя даследаванні двухкаляровых паўправадніковых лазераў
Паўправадніковыя дыскавыя лазеры (SDL-лазеры), таксама вядомыя як лазеры з вертыкальным знешнім рэзанатарам паверхні выпраменьвання (VECSEL), у апошнія гады прыцягнулі вялікую ўвагу. Яны спалучаюць у сабе перавагі паўправадніковых рэзанатараў і цвёрдацельных рэзанатараў. Яны не толькі эфектыўна здымаюць абмежаванне плошчы выпраменьвання аднамодавай падтрымкі для звычайных паўправадніковых лазераў, але і маюць гнуткую канструкцыю паўправадніковай забароненай зоны і высокія характарыстыкі матэрыяльнага ўзмацнення. Іх можна ўбачыць у шырокім дыяпазоне прымянення, такіх як нізкашумавыя лазеры.лазер з вузкай шырынёй лініівыхадны сігнал, генерацыя ультракароткіх імпульсаў з высокай частатой паўтарэння, генерацыя гармонік высокага парадку і тэхналогія натрыевай зоркі-гіда і г.д. З развіццём тэхналогій былі вылучаны больш высокія патрабаванні да гнуткасці даўжынь хваль. Напрыклад, двуххвалевыя кагерэнтныя крыніцы святла прадэманстравалі надзвычай высокую прымяняльную каштоўнасць у новых галінах, такіх як лідар з барацьбой з перашкодамі, галаграфічная інтэрфераметрыя, сувязь з мультыплексаваннем па даўжыні хвалі, генерацыя ў сярэднім інфрачырвоным або тэрагерцавым дыяпазоне і шматкаляровыя аптычныя частотныя грабянцы. Дасягненне высокай яркасці двухкаляровага выпраменьвання ў паўправадніковых дыскавых лазерах і эфектыўнае падаўленне канкурэнцыі за ўзмацненне паміж рознымі даўжынямі хваль заўсёды было праблемай даследаванняў у гэтай галіне.
Нядаўна з'явіўся двухколерныпаўправадніковы лазерКаманда даследчыкаў у Кітаі прапанавала інавацыйную канструкцыю чыпа для вырашэння гэтай праблемы. Дзякуючы паглыбленым лікавым даследаванням яны выявілі, што дакладнае рэгуляванне тэмпературна-залежных эфектаў фільтрацыі квантавай ямы і фільтрацыі паўправадніковых мікрарэзанатораў дазволіць дасягнуць гнуткага кіравання двухколерным узмацненнем. Зыходзячы з гэтага, каманда паспяхова распрацавала чып з высокай яркасцю 960/1000 нм. Гэты лазер працуе ў фундаментальным рэжыме паблізу дыфракцыйнай мяжы, з выходнай яркасцю прыблізна 310 МВт/см²ср.
Узмацняльны пласт паўправадніковага дыска мае таўшчыню ўсяго некалькі мікраметраў, а паміж інтэрфейсам паўправаднік-паветра і ніжнім размеркаваным брэгаўскім адбівальнікам утворана мікрарэзанатар Фабры-Перо. Разгляд паўправадніковага мікрарэзанатара як убудаванага спектральнага фільтра чыпа будзе мадуляваць узмацненне квантавай ямы. Тым часам эфект фільтрацыі мікрарэзанатара і ўзмацненне паўправадніка маюць розныя хуткасці тэмпературнага дрэйфу. У спалучэнні з кантролем тэмпературы можна дасягнуць пераключэння і рэгулявання даўжынь хваль выхаднога сігналу. Зыходзячы з гэтых характарыстык, каманда разлічыла і ўстанавіла пік узмацнення квантавай ямы пры 950 нм пры тэмпературы 300 К, прычым хуткасць тэмпературнага дрэйфу даўжыні хвалі ўзмацнення складае прыблізна 0,37 нм/К. Пасля гэтага каманда распрацавала падоўжны каэфіцыент абмежавання чыпа, выкарыстоўваючы метад матрыцы прапускання, з пікавымі даўжынямі хваль прыблізна 960 нм і 1000 нм адпаведна. Мадэляванне паказала, што хуткасць тэмпературнага дрэйфу складае ўсяго 0,08 нм/К. Выкарыстоўваючы тэхналогію хімічнага асаджэння з паравой фазы метал-арганічных злучэнняў для эпітаксіяльнага росту і пастаянна аптымізуючы працэс росту, былі паспяхова выраблены высакаякасныя чыпы з узмацненнем. Вынікі вымярэнняў фоталюмінесцэнцыі цалкам адпавядаюць вынікам мадэлявання. Для зніжэння цеплавой нагрузкі і дасягнення высокай магутнасці перадачы быў далей удасканалены працэс упакоўкі паўправадніковых алмазных чыпаў.
Пасля завяршэння зборкі чыпа каманда правяла ўсебаковую ацэнку яго лазерных характарыстык. У рэжыме бесперапыннай працы, кантралюючы магутнасць накачкі або тэмпературу радыятара, даўжыня хвалі выпраменьвання можа гнутка рэгулявацца ў межах ад 960 нм да 1000 нм. Калі магутнасць накачкі знаходзіцца ў пэўным дыяпазоне, лазер таксама можа працаваць у двух даўжынях хваль з інтэрвалам даўжынь хваль да 39,4 нм. У гэты час максімальная магутнасць бесперапыннай хвалі дасягае 3,8 Вт. Пры гэтым лазер працуе ў асноўным рэжыме паблізу дыфракцыйнай мяжы, з каэфіцыентам якасці прамяня M² усяго 1,1 і яркасцю прыблізна 310 МВт/см²ср. Каманда таксама правяла даследаванне квазібесперапынных хвалевых характарыстык...лазерСігнал сумарнай частаты быў паспяхова выяўлены шляхам устаўкі нелінейнага аптычнага крышталя LiB₃O₅ у рэзанансны рэзанатар, што пацвердзіла сінхранізацыю падвойных даўжынь хваль.
Дзякуючы гэтай геніяльнай канструкцыі чыпа было дасягнута арганічнае спалучэнне квантавай фільтрацыі ўзмацнення і мікрарэзанатарнай фільтрацыі, што заклала аснову для рэалізацыі двухкаляровых лазерных крыніц. З пункту гледжання паказчыкаў прадукцыйнасці, гэты аднакрыштавы двухкаляровы лазер дасягае высокай яркасці, высокай гнуткасці і дакладнага кааксіяльнага выхаднога прамяня. Яго яркасць знаходзіцца на вядучым міжнародным узроўні ў сучаснай галіне аднакрыштавых двухкаляровых паўправадніковых лазераў. З пункту гледжання практычнага прымянення, чакаецца, што гэта дасягненне эфектыўна павысіць дакладнасць выяўлення і здольнасць шматкаляровага лідара супраць перашкод у складаных асяроддзях, выкарыстоўваючы яго высокую яркасць і двухкаляровыя характарыстыкі. У галіне аптычных частотных грабянёў яго стабільны двуххвалевы выхад можа забяспечыць вырашальную падтрымку для такіх прымяненняў, як дакладныя спектральныя вымярэнні і аптычныя датчыкі з высокім разрозненнем.
Час публікацыі: 23 верасня 2025 г.