Кош түстүү жарым өткөргүч лазер боюнча акыркы изилдөө

Кош түстүү жарым өткөргүч лазер боюнча акыркы изилдөө

Жарым өткөргүчтүү диск лазерлери (SDL лазерлери), ошондой эле вертикалдуу тышкы көңдөй беттик лазерлер (VECSEL) деп аталат, акыркы жылдары көп көңүл бурду. Ал жарым өткөргүчтүн пайдасынын жана катуу резонаторлордун артыкчылыктарын айкалыштырат. Бул кадимки жарым өткөргүчтүү лазерлер үчүн бир режимдик колдоонун эмиссия аймагынын чектөөсүн эффективдүү түрдө жеңилдетип гана койбостон, ийкемдүү жарым өткөргүч диапазонун дизайнын жана материалдык пайданын жогорку мүнөздөмөлөрүн да камтыйт. Аны аз ызы-чуу сыяктуу колдонуунун кеңири спектринде көрүүгө болоттар сызыктагы лазерчыгаруу, ультра кыска жогорку кайталануучу импульсту генерациялоо, жогорку тартиптеги гармоникалык генерация жана натрий жетектөөчү жылдыз технологиясы ж.б. технологиянын өнүгүшү менен анын толкун узундугунун ийкемдүүлүгүнө жогорку талаптар коюлду. Мисалы, кош толкун узундуктагы когеренттүү жарык булактары анти-интерференциялуу лидар, голографиялык интерферометрия, толкун узундугун бөлүштүрүү мультиплексирлөө байланышы, орто-инфракызыл же терагерц генерациясы жана көп түстүү оптикалык жыштык тарактары сыяктуу өнүгүп келе жаткан тармактарда өтө жогорку колдонуу маанисин көрсөттү. Жарым өткөргүчтүү диск лазерлеринде жогорку жарыктыктагы кош түстүү эмиссияга кантип жетишүү жана бир нече толкун узундуктарындагы атаандаштыкты эффективдүү басаңдатуу ар дайым бул тармакта изилдөө кыйынчылыгы болуп келген.

Жакында эле, эки түстүүжарым өткөргүч лазерКытайдагы команда бул көйгөйдү чечүү үчүн инновациялык чип дизайнын сунуштады. Терең сандык изилдөөлөр аркылуу алар температурага байланыштуу кванттык скважинаны чыпкалоону жана жарым өткөргүчтүн микро көңдөйүн чыпкалоо эффекттерин так жөнгө салуу менен кош түстүү пайданы ийкемдүү башкарууга жетишүү күтүлүүдө. Мунун негизинде команда 960/1000 нм жогорку жарыктык чипти ийгиликтүү иштеп чыкты. Бул лазер фундаменталдуу режимде дифракция чегине жакын иштейт, чыгыш жарыктыгы болжол менен 310 МВт/см²ср.

Жарым өткөргүч дисктин пайда катмарынын калыңдыгы бир нече микрометрди түзөт жана жарым өткөргүч-аба интерфейси менен ылдыйда бөлүштүрүлгөн Брэгг рефлекторунун ортосунда Фабри-Перот микро көңдөйү пайда болот. Жарым өткөргүчтүн микро көңдөйүн чиптин орнотулган спектрдик фильтри катары кароо кванттык скважинанын пайдасын модуляциялайт. Ошол эле учурда, microcavity чыпкалоо таасири жана жарым өткөргүч пайда ар кандай температура дрейф чендерге ээ. Температураны көзөмөлдөө менен бирге, чыгуу толкун узундуктарын которуу жана жөнгө салууга жетишүүгө болот. Бул мүнөздөмөлөрдүн негизинде команда 300 К температурада 950 нм кванттык скважинанын пайда чокусун эсептеп, орнотту, мында пайда толкун узундугунун температуралык дрейф ылдамдыгы болжол менен 0,37 нм/К. Кийинчерээк, топ берүү матрицалык ыкмасын колдонуу менен чиптин узунунан чектөө факторун иштеп чыккан, эң жогорку толкун узундуктары тиешелүүлүгүнө жараша болжол менен 960 нм жана 1000 нм. Симуляциялар температуранын дрейф ылдамдыгы болгону 0,08 нм/К экенин көрсөттү. Эпитаксиалдык өсүш үчүн металл-органикалык химиялык бууларды жайгаштыруу технологиясын колдонуу жана өсүү процессин тынымсыз оптималдаштыруу аркылуу жогорку сапаттагы пайда микросхемалары ийгиликтүү даярдалды. Фотолюминесценцияны өлчөө натыйжалары симуляциянын натыйжаларына толугу менен дал келет. Жылуулук жүгүн жеңилдетүү жана жогорку кубаттуулукту өткөрүү үчүн жарым өткөргүч-алмаз чиптерин таңгактоо процесси андан ары өнүккөн.

Чипти таңгактоо аяктагандан кийин, команда анын лазердик иштешине ар тараптуу баа берди. Үзгүлтүксүз иштөө режиминде, насостун күчүн же радиатордун температурасын көзөмөлдөө менен, эмиссия толкун узундугун 960 нмден 1000 нмге чейин ийкемдүү түрдө жөнгө салууга болот. Насостун кубаттуулугу белгилүү бир диапазондо болгондо, лазер 39,4 нмге чейин толкун узундугунун интервалы менен эки толкун узундукта иштөөгө да жетише алат. Бул учурда максималдуу үзгүлтүксүз толкундун күчү 3,8 Вт жетет. Ошол эле учурда лазер фундаменталдык режимде дифракция чегине жакын иштейт, нурдун сапат фактору M² болгону 1,1 жана жарыктыгы болжол менен 310 МВт/см²ср. Команда ошондой эле квази-үзгүлтүксүз толкун көрсөткүчтөрү боюнча изилдөө жүргүзгөнлазер. Кош толкун узундуктарынын синхронизациясын ырастаган LiB₃O₅ сызыктуу эмес оптикалык кристалл резонанстык көңдөйгө киргизүү аркылуу суммалык жыштык сигнал ийгиликтүү байкалды.

Бул гениалдуу чип дизайны аркылуу кванттык скважинаны фильтрлөө менен микро көңдөй чыпкалоонун органикалык айкалышы жетишилди, бул кош түстүү лазер булактарын ишке ашыруу үчүн долбоордук пайдубалды түздү. Аткаруу көрсөткүчтөрү боюнча, бул бир чиптүү кош түстүү лазер жогорку жарыктыкка, жогорку ийкемдүүлүккө жана так коаксиалдык нур чыгарууга жетишет. Анын жарыктыгы азыркы учурда бир чиптүү эки түстүү жарым өткөргүч лазер тармагында эл аралык алдыңкы деңгээлде. Практикалык колдонуу жагынан, бул жетишкендик анын жогорку жарыктыгын жана кош түстүү мүнөздөмөлөрүн колдонуу менен татаал чөйрөдө көп түстүү лидардын аныктоо тактыгын жана кийлигишүүгө каршы жөндөмдүүлүгүн натыйжалуу күчөтөт деп күтүлүүдө. Оптикалык жыштык тарактары тармагында анын туруктуу кош толкун узундуктагы чыгарылышы так спектрдик өлчөө жана жогорку резолюциядагы оптикалык сезүү сыяктуу колдонмолор үчүн маанилүү колдоо көрсөтө алат.