Baru -baru ini, pasukan laser semikonduktor yang terdiri daripada Sekolah Sains Interdisipliner di Universiti Nasional Teknologi Pertahanan dan Suzhou Changguang Huaxin Optoelectronics Technology Co., Ltd. telah membuat kemajuan yang ketara dalam penyelidikan laser semikonduktor warna dual -. Penemuan, bertajuk "Monolitik 960/1000nm BI - Color Semiconductor Disk Laser menyampaikan kecerahan lebih dari 300mW/cm²SR," telah diterbitkan dalam ACS Photonics. Zhang Zhicheng, penolong penyelidik di USTC, berkhidmat sebagai pengarang pertama, dengan profesor Wang Jun dan Zhang Chao Fan sebagai penulis yang sepadan.
Laser cakera semikonduktor (SDLS), juga dikenali sebagai menegak - permukaan rongga - memancarkan laser (vecsels), telah mendapat perhatian yang signifikan dalam beberapa tahun kebelakangan. Menggabungkan kelebihan keuntungan semikonduktor dan pepejal - resonator negeri, mereka berkesan mengatasi batasan kawasan pelepasan laser semikonduktor tunggal- sementara menawarkan reka bentuk bandgap semikonduktor yang fleksibel dan ciri -ciri keuntungan yang tinggi. Mereka mencari aplikasi dalam banyak senario, termasuk rendah - bunyi sempit - output laser linewidth, Ultrafast High - pengulangan - kadar pulse nadi, Memajukan teknologi menuntut fleksibiliti panjang gelombang yang lebih besar. Dual - Sumber -sumber yang koheren gelombang menunjukkan potensi besar dalam bidang yang muncul seperti anti - jamming lidar, interferometri hologram, komunikasi multiclexing bahagian gelombang, pertengahan - generasi optik. Mencapai kecerahan tinggi - dual - pelepasan panjang gelombang semasa menindas persaingan antara gelombang masih menjadi cabaran penting dalam laser cakera semikonduktor.
Untuk menangani cabaran ini, pasukan laser semikonduktor mencadangkan reka bentuk cip inovatif. Melalui kajian berangka kedalaman -, mereka mendapati bahawa suhu yang tepat mengawal suhu - kuantum yang bergantung kepada penapisan dan penapisan mikro semikonduktor boleh membolehkan peraturan keuntungan dual dual -. Membina ini, pasukan berjaya merancang kecerahan yang tinggi - yang beroperasi pada 960/1000 nm. Laser ini beroperasi di dekat - diffraction - mod asas terhad, mencapai kecerahan output kira -kira 310 mW/cm²SR.
Inovasi penyelidikan
Rajah 1: Tinggi - kecerahan dual - Reka bentuk Chip Gain Gening Panjang gelombang
Lapisan keuntungan wafer semikonduktor hanya beberapa mikrometer tebal, membentuk fabry - perot microcavity antara antara muka udara semikonduktor - dan reflektor Bragg yang diedarkan di substrat. Merawat mikrokaviti semikonduktor sebagai penapis spektrum bersepadu memodulasi keuntungan kuantum. Pada masa yang sama, kesan penapisan mikrokaviti dan keuntungan semikonduktor mempamerkan kadar drift suhu yang berbeza. Digabungkan dengan kawalan suhu, ini membolehkan penukaran dan peraturan panjang gelombang output. Memanfaatkan sifat -sifat ini, pasukan yang dikira menetapkan puncak keuntungan Quantum Well pada 950 nm pada 300 K, dengan kadar gelombang gelombang keuntungan kadar gelombang kira -kira 0.37 nm/k. Seterusnya, pasukan menggunakan kaedah pemindahan matriks untuk merekabentuk faktor pengasingan longitudinal cip, mencapai panjang gelombang puncak kira -kira 960 nm dan 1000 nm. Simulasi mendedahkan kadar drift suhu hanya 0.08 nm/k. Menggunakan logam - pemendapan wap kimia organik (MOCVD) untuk pertumbuhan epitaxial, pasukan itu berjaya membuat cip kualiti tinggi - melalui pengoptimuman proses berterusan. Pengukuran photoluminescence sepenuhnya sepadan dengan hasil simulasi. Untuk mengurangkan beban terma dan membolehkan operasi kuasa tinggi -, proses pembungkusan cip semikonduktor - diamond telah dibangunkan lagi.
Analisis komprehensif ciri -ciri output cip semikonduktor
Berikutan pembungkusan CHIP, pasukan menjalankan penilaian komprehensif terhadap prestasi lasernya. Dalam mod operasi yang berterusan, panjang gelombang pelepasan boleh ditala secara fleksibel antara 960 nm dan 1000 nm dengan mengawal kuasa pam atau suhu sinki haba. Di dalam pelbagai kuasa pam tertentu, laser juga mencapai operasi gelombang panjang- dengan jarak panjang gelombang 39.4 nm, mencapai kuasa gelombang maksimum {6} Kecerahan kira -kira 310 mW/cm²SR. Pasukan ini juga menyiasat prestasi gelombang laser - laser. Dengan memasukkan kristal optik bukan linear ke dalam rongga resonator, mereka berjaya mengamati jumlah frekuensi -, mengesahkan penyegerakan kedua -dua panjang gelombang.
Reka bentuk cip cerdik ini mencapai integrasi organik penapisan kuantum dan penapisan mikrokaviti, meletakkan asas reka bentuk untuk merealisasikan sumber laser panjang gelombang -. Dari segi metrik prestasi, laser panjang gelombang monolitik ini mencapai kecerahan yang tinggi, fleksibiliti yang tinggi, dan output rasuk sepaksi yang tepat. Kecerahannya berada di antara tahap terkemuka di dunia dalam bidang semasa monolitik dual - laser semikonduktor panjang gelombang. Untuk aplikasi praktikal, pencapaian ini memegang janji dalam sistem lidar warna -. Memanfaatkan kecerahan yang tinggi dan ciri -ciri panjang gelombang -, ia dapat meningkatkan ketepatan pengesanan radar dan anti - keupayaan gangguan dalam persekitaran yang kompleks. Dalam aplikasi sikat frekuensi optik, output panjang gelombang stabil - memberikan sokongan kritikal untuk pengukuran spektrum ketepatan dan penginderaan optik resolusi tinggi -. Ke depan, pasukan merancang untuk memperdalam penyelidikan mereka. Pada satu bahagian, mereka bertujuan untuk membangunkan peranti dipam elektro - dengan mengoptimumkan parameter seperti dimensi elektrod dan doping untuk meningkatkan lagi kuasa mod tunggal -. Pada yang lain, mereka akan meneroka novel elektro - permukaan kristal fotonik yang dipam - memancarkan laser semikonduktor.
