Naujausi dviejų spalvų puslaidininkinių lazerių tyrimai
Puslaidininkiniai diskiniai lazeriai (SDL lazeriai), dar vadinami vertikaliais išorinių rezonatorių paviršinio spinduliavimo lazeriais (VECSEL), pastaraisiais metais sulaukė didelio dėmesio. Jie sujungia puslaidininkių stiprinimo ir kietojo kūno rezonatorių privalumus. Jie ne tik efektyviai sumažina įprastinių puslaidininkinių lazerių vienmodžio palaikymo emisijos ploto apribojimus, bet ir pasižymi lanksčia puslaidininkine draustine konstrukcija bei didelėmis medžiagos stiprinimo savybėmis. Juos galima naudoti įvairiuose pritaikymo scenarijuose, pavyzdžiui, mažo triukšmo...siauro linijos pločio lazerisišvestis, itin trumpų, daug pasikartojančių impulsų generavimas, aukštos eilės harmonikų generavimas ir natrio kreipiančiųjų žvaigždžių technologija ir kt. Tobulėjant technologijoms, buvo keliami didesni reikalavimai jų bangos ilgio lankstumui. Pavyzdžiui, dviejų bangos ilgių koherentiniai šviesos šaltiniai parodė itin didelę pritaikomąją vertę tokiose besiformuojančiose srityse kaip antiinterferenciniai lidarai, holografinė interferometrija, bangos ilgio dalijimosi multipleksavimo ryšys, vidutinio infraraudonojo spinduliavimo arba terahercų generavimas ir daugiaspalviai optiniai dažnių šukos. Kaip pasiekti didelio ryškumo dviejų spalvų emisiją puslaidininkiniuose diskiniuose lazeriuose ir efektyviai slopinti stiprinimo konkurenciją tarp kelių bangos ilgių, visada buvo šios srities tyrimų sunkumas.
Neseniai dviejų spalvųpuslaidininkinis lazerisKinijos komanda pasiūlė novatorišką lustą, skirtą šiam iššūkiui išspręsti. Atlikę išsamius skaitinius tyrimus, jie nustatė, kad tiksliai reguliuojant su temperatūra susijusį kvantinio šulinio stiprinimo filtravimą ir puslaidininkių mikroertmių filtravimo efektus, tikimasi, kad bus pasiektas lankstus dviejų spalvų stiprinimo valdymas. Remdamasi tuo, komanda sėkmingai sukūrė 960/1000 nm didelio ryškumo stiprinimo lustą. Šis lazeris veikia pagrindiniu režimu, netoli difrakcijos ribos, o jo išėjimo ryškumas siekia maždaug 310 MW/cm²sr.
Puslaidininkinio disko stiprinimo sluoksnis yra vos kelių mikrometrų storio, o tarp puslaidininkio ir oro sąsajos bei apatinio paskirstyto Brago reflektoriaus susidaro Fabry-Perot mikroertmė. Puslaidininkio mikroertmę laikant integruotu lusto spektriniu filtru, bus moduliuojamas kvantinės duobės stiprinimas. Tuo tarpu mikroertmės filtravimo efektas ir puslaidininkio stiprinimas turi skirtingus temperatūros dreifo greičius. Kartu su temperatūros valdymu galima pasiekti išėjimo bangos ilgių perjungimą ir reguliavimą. Remdamasi šiomis charakteristikomis, komanda apskaičiavo ir nustatė kvantinės duobės stiprinimo piką ties 950 nm esant 300 K temperatūrai, o stiprinimo bangos ilgio temperatūros dreifo greitis buvo maždaug 0,37 nm/K. Vėliau komanda, naudodama perdavimo matricos metodą, suprojektavo lusto išilginį apribojimo koeficientą, kurio piko bangos ilgiai buvo atitinkamai maždaug 960 nm ir 1000 nm. Modeliavimas parodė, kad temperatūros dreifo greitis buvo tik 0,08 nm/K. Naudojant metalo-organinio cheminio garų nusodinimo technologiją epitaksiniam auginimui ir nuolat optimizuojant augimo procesą, buvo sėkmingai pagaminti aukštos kokybės stiprinimo lustai. Fotoliuminescencijos matavimo rezultatai visiškai atitinka modeliavimo rezultatus. Siekiant sumažinti šiluminę apkrovą ir pasiekti didelį galios perdavimą, buvo toliau tobulinamas puslaidininkių-deimantinių lustų pakavimo procesas.
Baigusi lusto pakuotę, komanda atliko išsamų lazerio veikimo įvertinimą. Nuolatinio veikimo režimu, valdant siurblio galią arba radiatoriaus temperatūrą, emisijos bangos ilgį galima lanksčiai reguliuoti nuo 960 nm iki 1000 nm. Kai siurblio galia yra tam tikrame diapazone, lazeris taip pat gali veikti dviem bangos ilgiais, kurių bangos ilgių intervalas yra iki 39,4 nm. Šiuo atveju maksimali nuolatinės bangos galia siekia 3,8 W. Tuo tarpu lazeris veikia pagrindiniu režimu, artimu difrakcijos ribai, jo spindulio kokybės koeficientas M² yra tik 1,1, o ryškumas siekia maždaug 310 MW/cm²sr. Komanda taip pat atliko tyrimą apie beveik nuolatinės bangos veikimą.lazerisSuminio dažnio signalas buvo sėkmingai stebimas į rezonansinę ertmę įterpus netiesinį LiB₃O₅ optinį kristalą, patvirtinant dviejų bangos ilgių sinchronizaciją.
Dėl šio išradingo lusto dizaino buvo pasiektas organiškas kvantinio šulinio stiprinimo filtravimo ir mikroertmių filtravimo derinys, padėjęs pagrindą dviejų spalvų lazerinių šaltinių realizavimui. Kalbant apie našumo rodiklius, šis vieno lusto dviejų spalvų lazeris pasiekia didelį ryškumą, didelį lankstumą ir tikslų koaksialinį spindulio išvestį. Jo ryškumas yra tarptautinio lyderio lygyje dabartinėje vieno lusto dviejų spalvų puslaidininkinių lazerių srityje. Kalbant apie praktinį pritaikymą, tikimasi, kad šis pasiekimas efektyviai padidins daugiaspalvio lidaro aptikimo tikslumą ir apsaugą nuo trukdžių sudėtingoje aplinkoje, išnaudojant jo didelį ryškumą ir dviejų spalvų charakteristikas. Optinių dažnių šukų srityje jo stabilus dviejų bangos ilgių išėjimas gali suteikti esminę paramą tokioms reikmėms kaip tikslus spektrinis matavimas ir didelės skiriamosios gebos optinis jutimas.
Įrašo laikas: 2025 m. rugsėjo 23 d.