Yn ddiweddar, mae tîm laser lled-ddargludyddion sy'n cynnwys yr Ysgol Gwyddorau Rhyngddisgyblaethol ym Mhrifysgol Genedlaethol Technoleg Amddiffyn a Suzhou Changguang Huaxin Optoelectronics Technology Co, Ltd wedi gwneud cynnydd sylweddol mewn ymchwil laser lled-ddargludyddion lliw deuol. Cyhoeddwyd y canfyddiadau, o'r enw "Laer disg lled-ddargludol lliw monolithig 960/1000nm bi-yn darparu disgleirdeb o dros 300MW/cm²sr," yn ACS Photonics. Gwasanaethodd Zhang Zhicheng, ymchwilydd cynorthwyol yn USTC, fel yr awdur cyntaf, gyda'r Athrawon Wang Jun a Zhang Chao Fan yn awduron cyfatebol.
Mae laserau disg lled-ddargludyddion (SDLs), a elwir hefyd yn laserau allyrru arwyneb ceudod fertigol (VECSELs), wedi cael cryn sylw yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Gan gyfuno manteision cynnydd lled-ddargludyddion a-cyseinyddion cyflwr solid, maent i bob pwrpas yn goresgyn cyfyngiadau maes allyriadau laserau lled-ddargludyddion modd sengl confensiynol tra'n cynnig dyluniad bandgap lled-ddargludyddion hyblyg a nodweddion cynnydd deunydd uchel. Maent yn dod o hyd i gymwysiadau mewn nifer o senarios, gan gynnwys-sŵn cul-allbwn laser linewidth isel, cyfradd ailadrodd tra chyflym-cynhyrchu curiad y galon uchel,{10}}genhedlaeth harmonig uchel, a thechnoleg seren canllaw sodiwm. Mae datblygu technoleg yn gofyn am fwy o hyblygrwydd tonfedd. Mae ffynonellau cydlynol tonfedd deuol yn dangos potensial aruthrol mewn meysydd sy'n dod i'r amlwg fel lidar gwrth-jamio, interferometreg holograffig, cyfathrebiadau amlblecsio rhannu tonfedd, cynhyrchu isgoch canol neu terahertz, a chribau amledd optegol amryliw. Mae cyflawni allyriadau tonfedd deuol disgleirdeb uchel tra'n atal cystadleuaeth enillion rhwng tonfeddi yn parhau i fod yn her sylweddol mewn laserau disg lled-ddargludyddion.
Er mwyn mynd i'r afael â'r her hon, cynigiodd y tîm laser lled-ddargludyddion ddyluniad sglodion arloesol. Trwy-astudiaethau rhifiadol manwl, fe wnaethant ddarganfod y gallai rheoli tymheredd yn union-hidlo cynnydd cwantwm dibynnol ac effeithiau hidlo micro-geudod lled-ddargludyddion alluogi rheoleiddio cynnydd lliw deuol hyblyg. Gan adeiladu ar hyn, llwyddodd y tîm i ddylunio sglodyn cynnydd disgleirdeb uchel yn gweithredu ar 960/1000 nm. Mae'r laser hwn yn gweithredu mewn modd sylfaenol sy'n agos at y-difriant-cyfyngedig, gan gyflawni disgleirdeb allbwn o tua 310 mW/cm²sr.
Arloesi Ymchwil
Ffigur 1: Dyluniad sglodyn cynnydd lled-ddargludyddion tonfedd uchel-disgleirdeb uchel
Dim ond ychydig o ficromedrau o drwch yw haen cynnydd y wafferi lled-ddargludyddion, gan ffurfio Fabry-Perot microcavity rhwng y rhyngwyneb aer lled-ddargludyddion a'r adlewyrchydd Bragg gwasgaredig yn y swbstrad. Mae trin y microgeudod lled-ddargludyddion fel hidlydd sbectrol integredig yn modiwleiddio'r cynnydd ffynnon cwantwm. Ar yr un pryd, mae'r effaith hidlo micro-geudod a chynnydd lled-ddargludyddion yn dangos cyfraddau drifft tymheredd gwahanol. Ar y cyd â rheoli tymheredd, mae hyn yn galluogi newid a rheoleiddio'r donfedd allbwn. Gan ddefnyddio'r priodweddau hyn, gosododd y tîm uchafbwynt cynnydd y ffynnon cwantwm ar 950 nm ar 300 K, gyda chyfradd drifft tymheredd cynnydd tonfedd o tua 0.37 nm/K. Yn dilyn hynny, defnyddiodd y tîm y dull matrics trosglwyddo i ddylunio ffactorau cyfyngu hydredol y sglodion, gan gyflawni tonfeddi brig o tua 960 nm a 1000 nm. Datgelodd efelychiadau gyfradd drifft tymheredd o 0.08 nm/K yn unig. Gan ddefnyddio -dyddodiad anwedd cemegol organig metel (MOCVD) ar gyfer twf epitaxial, llwyddodd y tîm i wneud sglodion cynnydd o ansawdd uchel trwy optimeiddio prosesau parhaus. Roedd mesuriadau ffotoluminescence yn cyfateb yn llawn i'r canlyniadau efelychu. Er mwyn lliniaru llwyth thermol a galluogi gweithrediad pŵer uchel, datblygwyd proses becynnu sglodion diemwnt lled-ddargludyddion ymhellach.
Dadansoddiad Cynhwysfawr o Nodweddion Allbwn Sglodion Ennill Lled-ddargludyddion
Yn dilyn pecynnu sglodion, cynhaliodd y tîm werthusiad cynhwysfawr o'i berfformiad laser. Mewn modd gweithredu parhaus, gellir tiwnio'r donfedd allyriadau yn hyblyg rhwng 960 nm a 1000 nm trwy reoli pŵer y pwmp neu dymheredd y sinc gwres. O fewn ystod pŵer pwmp penodol, cyflawnodd y laser hefyd weithrediad tonfedd deuol gyda bylchiad tonfedd o 39.4 nm, gan gyrraedd uchafswm pŵer tonnau parhaus - o 3.8 W. Ar yr un pryd, roedd y laser yn cynnal gweithrediad modd sylfaenol cyfyngedig bron â-gwahaniaethu- gyda ffactor ansawdd trawst M² o tua 1.13 yn unig. MW/cm²sr. Ymchwiliodd y tîm hefyd i berfformiad lled-don barhaus y laser. Trwy fewnosod grisial optegol aflinol LiB₃O₅ i mewn i'r ceudod resonator, maent yn llwyddo i arsylwi swm-signalau amledd, gan gadarnhau cydamseriad y ddwy donfedd.
Mae'r dyluniad sglodion dyfeisgar hwn yn cyflawni integreiddiad organig o hidlo enillion cwantwm a hidlo microgeudod, gan osod y sylfaen ddylunio ar gyfer gwireddu ffynonellau laser tonfedd deuol. O ran metrigau perfformiad, mae'r laser tonfedd deuol monolithig hwn yn cyflawni disgleirdeb uchel, hyblygrwydd uchel, ac allbwn trawst cyfechelog manwl gywir. Mae ei ddisgleirdeb ymhlith y lefelau mwyaf blaenllaw yn y byd ym maes presennol laserau lled-ddargludyddion tonfedd deuol monolithig. Ar gyfer cymwysiadau ymarferol, mae'r cyflawniad hwn yn addo mewn systemau lidar aml-liw. Gan ddefnyddio ei ddisgleirdeb uchel a'i nodweddion-tonfeddi deuol, gall wella cywirdeb canfod radar a galluoedd gwrth-ymyrraeth yn effeithiol mewn amgylcheddau cymhleth. Mewn cymwysiadau crib amledd optegol, mae ei allbwn tonfedd deuol sefydlog yn darparu cefnogaeth hanfodol ar gyfer mesuriadau sbectrol manwl a synhwyro optegol cydraniad uchel. Wrth edrych ymlaen, mae'r tîm yn bwriadu dyfnhau eu hymchwil. Ar un blaen, eu nod yw datblygu dyfeisiau pwmpio electro trwy optimeiddio paramedrau megis dimensiynau electrod a dopio i gynyddu pŵer modd sengl ymhellach. Ar y llall, byddant yn archwilio arwynebau grisial ffotonig wedi'u pwmpio electro newydd- laserau lled-ddargludyddion allyrru.
