جدیدترین تحقیقات در مورد لیزرهای نیمه‌هادی دو رنگ
لیزرهای دیسک نیمه‌رسانا (لیزرهای SDL)، که با نام لیزرهای ساطع‌کننده سطح حفره خارجی عمودی (VECSEL) نیز شناخته می‌شوند، در سال‌های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. این لیزرها مزایای بهره نیمه‌رسانا و تشدیدگرهای حالت جامد را با هم ترکیب می‌کنند. این لیزرها نه تنها به طور مؤثر محدودیت ناحیه انتشار در پشتیبانی تک‌مد برای لیزرهای نیمه‌رسانای معمولی را کاهش می‌دهند، بلکه دارای طراحی شکاف باند نیمه‌رسانای انعطاف‌پذیر و ویژگی‌های بهره بالای مواد نیز هستند. می‌توان آنها را در طیف گسترده‌ای از سناریوهای کاربردی، مانند نویز کم، مشاهده کرد.لیزر با پهنای خط باریکخروجی، تولید پالس‌های فوق کوتاه با تکرار بالا، تولید هارمونیک‌های مرتبه بالا، و فناوری ستاره راهنمای سدیم و غیره. با پیشرفت فناوری، الزامات بالاتری برای انعطاف‌پذیری طول موج آن مطرح شده است. به عنوان مثال، منابع نوری همدوس با دو طول موج، ارزش کاربردی بسیار بالایی را در زمینه‌های نوظهور مانند لیدار ضد تداخل، تداخل‌سنجی هولوگرافی، ارتباطات مالتی‌پلکس تقسیم طول موج، تولید مادون قرمز میانی یا تراهرتز و شانه‌های فرکانس نوری چند رنگ نشان داده‌اند. چگونگی دستیابی به انتشار دو رنگ با روشنایی بالا در لیزرهای دیسک نیمه‌هادی و سرکوب موثر رقابت بهره بین طول موج‌های مختلف، همواره یک مشکل تحقیقاتی در این زمینه بوده است.
اخیراً، یک رنگ دوگانهلیزر نیمه هادیتیمی در چین یک طراحی تراشه نوآورانه برای مقابله با این چالش ارائه داده است. آنها از طریق تحقیقات عددی عمیق، دریافتند که تنظیم دقیق فیلترینگ بهره چاه کوانتومی مرتبط با دما و اثرات فیلترینگ ریزکاواک نیمه‌هادی، انتظار می‌رود کنترل انعطاف‌پذیری بر بهره دو رنگ را به دست آورد. بر این اساس، این تیم با موفقیت یک تراشه بهره با روشنایی بالا در طول موج 960/1000 نانومتر طراحی کرد. این لیزر در حالت بنیادی نزدیک به حد پراش عمل می‌کند و روشنایی خروجی آن تقریباً 310 مگاوات بر سانتی‌متر مربع بر ثانیه است.
لایه بهره دیسک نیمه‌رسانا تنها چند میکرومتر ضخامت دارد و یک ریزکاواک فابری-پروت بین سطح مشترک نیمه‌رسانا-هوا و بازتابنده براگ توزیع‌شده در پایین تشکیل می‌شود. در نظر گرفتن ریزکاواک نیمه‌رسانا به عنوان فیلتر طیفی داخلی تراشه، بهره چاه کوانتومی را تعدیل می‌کند. در همین حال، اثر فیلترینگ ریزکاواک و بهره نیمه‌رسانا نرخ‌های رانش دمایی متفاوتی دارند. در ترکیب با کنترل دما، می‌توان به سوئیچینگ و تنظیم طول موج‌های خروجی دست یافت. بر اساس این ویژگی‌ها، تیم پیک بهره چاه کوانتومی را در دمای 300 کلوین در 950 نانومتر محاسبه و تنظیم کرد، با نرخ رانش دمای طول موج بهره تقریباً 0.37 نانومتر بر کلوین. متعاقباً، تیم ضریب محدودیت طولی تراشه را با استفاده از روش ماتریس انتقال، با طول موج‌های پیک تقریباً 960 نانومتر و 1000 نانومتر به ترتیب طراحی کرد. شبیه‌سازی‌ها نشان داد که نرخ رانش دما فقط 0.08 نانومتر بر کلوین است. با استفاده از فناوری رسوب بخار شیمیایی فلز-آلی برای رشد اپیتاکسیال و بهینه‌سازی مداوم فرآیند رشد، تراشه‌های بهره با کیفیت بالا با موفقیت ساخته شدند. نتایج اندازه‌گیری فوتولومینسانس کاملاً با نتایج شبیه‌سازی سازگار است. برای کاهش بار حرارتی و دستیابی به انتقال توان بالا، فرآیند بسته‌بندی تراشه نیمه‌هادی-الماس بیشتر توسعه داده شده است.
پس از تکمیل بسته‌بندی تراشه، تیم ارزیابی جامعی از عملکرد لیزر آن انجام داد. در حالت عملکرد پیوسته، با کنترل توان پمپ یا دمای هیت سینک، طول موج انتشار را می‌توان به صورت انعطاف‌پذیر بین 960 نانومتر و 1000 نانومتر تنظیم کرد. هنگامی که توان پمپ در یک محدوده خاص باشد، لیزر همچنین می‌تواند به عملکرد دو طول موجی، با فاصله طول موج تا 39.4 نانومتر، دست یابد. در این زمان، حداکثر توان موج پیوسته به 3.8 وات می‌رسد. در همین حال، لیزر در حالت پایه نزدیک به حد پراش عمل می‌کند، با ضریب کیفیت پرتو M² تنها 1.1 و روشنایی تقریباً 310 MW/cm²sr. این تیم همچنین تحقیقاتی در مورد عملکرد موج شبه پیوسته انجام داد.لیزرسیگنال فرکانس مجموع با قرار دادن کریستال نوری غیرخطی LiB₃O₅ در حفره رزونانس با موفقیت مشاهده شد و همزمانی طول موج‌های دوگانه را تأیید کرد.
از طریق این طراحی هوشمندانه تراشه، ترکیب ارگانیک فیلترینگ بهره چاه کوانتومی و فیلترینگ ریزکاواک حاصل شده است و پایه و اساس طراحی برای تحقق منابع لیزر دو رنگ را بنا نهاده است. از نظر شاخص‌های عملکرد، این لیزر دو رنگ تک تراشه‌ای به روشنایی بالا، انعطاف‌پذیری بالا و خروجی پرتو هم محور دقیق دست می‌یابد. روشنایی آن در سطح پیشرو بین‌المللی در زمینه فعلی لیزرهای نیمه‌هادی دو رنگ تک تراشه‌ای است. از نظر کاربرد عملی، انتظار می‌رود این دستاورد با بهره‌گیری از روشنایی بالا و ویژگی‌های دو رنگ خود، دقت تشخیص و قابلیت ضد تداخل لیدار چند رنگ را در محیط‌های پیچیده به طور مؤثر افزایش دهد. در زمینه شانه‌های فرکانس نوری، خروجی دو طول موج پایدار آن می‌تواند پشتیبانی حیاتی برای کاربردهایی مانند اندازه‌گیری طیفی دقیق و حسگری نوری با وضوح بالا فراهم کند.
زمان ارسال: ۲۳ سپتامبر ۲۰۲۵