Penelitian terbaru tentang laser semikonduktor dua warna

Penelitian terbaru tentang laser semikonduktor dua warna

Laser cakram semikonduktor (laser SDL), juga dikenal sebagai laser pemancar permukaan rongga eksternal vertikal (VECSEL), telah menarik banyak perhatian dalam beberapa tahun terakhir. Laser ini menggabungkan keunggulan penguatan semikonduktor dan resonator solid-state. Laser ini tidak hanya secara efektif mengurangi keterbatasan area emisi akibat dukungan mode tunggal untuk laser semikonduktor konvensional, tetapi juga memiliki desain celah pita semikonduktor yang fleksibel dan karakteristik penguatan material yang tinggi. Laser ini dapat digunakan dalam berbagai skenario aplikasi, seperti derau rendah.laser dengan lebar garis sempitOutput, pembangkitan pulsa repetisi tinggi ultra-pendek, pembangkitan harmonik orde tinggi, dan teknologi bintang pemandu natrium, dll. Seiring kemajuan teknologi, persyaratan yang lebih tinggi telah diajukan untuk fleksibilitas panjang gelombangnya. Misalnya, sumber cahaya koheren dengan panjang gelombang ganda telah menunjukkan nilai aplikasi yang sangat tinggi di bidang-bidang yang sedang berkembang seperti lidar anti-interferensi, interferometri holografik, komunikasi multiplexing pembagian panjang gelombang, pembangkitan inframerah menengah atau terahertz, dan sisir frekuensi optik multi-warna. Bagaimana mencapai emisi dua warna dengan kecerahan tinggi pada laser cakram semikonduktor dan secara efektif menekan persaingan penguatan di antara berbagai panjang gelombang selalu menjadi kesulitan penelitian di bidang ini.

Baru-baru ini, dua warnalaser semikonduktorTim di Tiongkok telah mengusulkan desain cip inovatif untuk mengatasi tantangan ini. Melalui riset numerik yang mendalam, mereka menemukan bahwa pengaturan presisi pada penyaringan penguatan sumur kuantum terkait suhu dan penyaringan mikrorongga semikonduktor diharapkan dapat mencapai kontrol fleksibel penguatan dua warna. Berdasarkan hal ini, tim berhasil merancang cip penguatan kecerahan tinggi 960/1000 nm. Laser ini beroperasi dalam mode fundamental mendekati batas difraksi, dengan kecerahan keluaran setinggi sekitar 310 MW/cm²sr.

Lapisan penguatan cakram semikonduktor hanya setebal beberapa mikrometer, dan rongga mikro Fabry-Perot terbentuk di antara antarmuka semikonduktor-udara dan reflektor Bragg terdistribusi bawah. Memperlakukan rongga mikro semikonduktor sebagai filter spektral bawaan chip akan memodulasi penguatan sumur kuantum. Sementara itu, efek penyaringan rongga mikro dan penguatan semikonduktor memiliki laju pergeseran suhu yang berbeda. Dikombinasikan dengan kontrol suhu, pengalihan dan pengaturan panjang gelombang keluaran dapat dicapai. Berdasarkan karakteristik ini, tim menghitung dan menetapkan puncak penguatan sumur kuantum pada 950 nm pada suhu 300 K, dengan laju pergeseran suhu panjang gelombang penguatan sekitar 0,37 nm/K. Selanjutnya, tim merancang faktor kendala longitudinal chip menggunakan metode matriks transmisi, dengan panjang gelombang puncak masing-masing sekitar 960 nm dan 1000 nm. Simulasi menunjukkan bahwa laju pergeseran suhu hanya 0,08 nm/K. Dengan menggunakan teknologi deposisi uap kimia logam-organik untuk pertumbuhan epitaksial dan mengoptimalkan proses pertumbuhan secara berkelanjutan, chip gain berkualitas tinggi berhasil dibuat. Hasil pengukuran fotoluminesensi sepenuhnya konsisten dengan hasil simulasi. Untuk mengurangi beban termal dan mencapai transmisi daya tinggi, proses pengemasan chip semikonduktor-berlian telah dikembangkan lebih lanjut.

Setelah menyelesaikan pengemasan chip, tim melakukan penilaian komprehensif terhadap kinerja lasernya. Dalam mode operasi kontinu, dengan mengendalikan daya pompa atau suhu heat sink, panjang gelombang emisi dapat diatur secara fleksibel antara 960 nm dan 1000 nm. Ketika daya pompa berada dalam rentang tertentu, laser juga dapat mencapai operasi panjang gelombang ganda, dengan interval panjang gelombang hingga 39,4 nm. Pada saat ini, daya gelombang kontinu maksimum mencapai 3,8 W. Sementara itu, laser beroperasi dalam mode fundamental mendekati batas difraksi, dengan faktor kualitas berkas M² hanya 1,1 dan kecerahan setinggi sekitar 310 MW/cm²sr. Tim juga melakukan penelitian tentang kinerja gelombang kuasi-kontinu darilaserSinyal frekuensi total berhasil diamati dengan memasukkan kristal optik nonlinier LiB₃O₅ ke dalam rongga resonansi, yang mengonfirmasi sinkronisasi panjang gelombang ganda.

Melalui desain chip yang cerdik ini, kombinasi organik antara penyaringan penguatan sumur kuantum dan penyaringan rongga mikro telah tercapai, meletakkan fondasi desain untuk realisasi sumber laser dua warna. Dalam hal indikator kinerja, laser dua warna chip tunggal ini mencapai kecerahan tinggi, fleksibilitas tinggi, dan keluaran sinar koaksial yang presisi. Kecerahannya berada pada level terdepan internasional di bidang laser semikonduktor dua warna chip tunggal saat ini. Dalam hal aplikasi praktis, pencapaian ini diharapkan dapat secara efektif meningkatkan akurasi deteksi dan kemampuan anti-interferensi lidar multi-warna di lingkungan yang kompleks dengan memanfaatkan kecerahan tinggi dan karakteristik dua warnanya. Di bidang sisir frekuensi optik, keluaran panjang gelombang gandanya yang stabil dapat memberikan dukungan penting untuk aplikasi seperti pengukuran spektral yang presisi dan penginderaan optik resolusi tinggi.