As pesquisas mais recentes sobre lasers semicondutores de duas cores.
Os lasers de disco semicondutor (lasers SDL), também conhecidos como lasers de emissão de superfície de cavidade externa vertical (VECSEL), têm atraído muita atenção nos últimos anos. Eles combinam as vantagens do ganho semicondutor com as dos ressonadores de estado sólido. Além de aliviar efetivamente a limitação da área de emissão do suporte monomodo dos lasers semicondutores convencionais, também apresentam um design flexível de banda proibida semicondutora e características de alto ganho de material. Podem ser encontrados em uma ampla gama de aplicações, como em sistemas de baixo ruído.laser de largura de linha estreitaA geração de pulsos ultracurtos de alta repetição, a geração de harmônicos de alta ordem e a tecnologia de estrela-guia de sódio, entre outras, são algumas das aplicações em lasers de disco semicondutor. Com o avanço da tecnologia, requisitos mais rigorosos têm sido impostos à flexibilidade de comprimento de onda. Por exemplo, fontes de luz coerente de comprimento de onda duplo têm demonstrado altíssimo valor de aplicação em campos emergentes como lidar anti-interferência, interferometria holográfica, comunicação por multiplexação por divisão de comprimento de onda, geração de infravermelho médio ou terahertz e pentes de frequência óptica multicoloridos. Como alcançar emissão de alto brilho em duas cores em lasers de disco semicondutor e suprimir efetivamente a competição de ganho entre múltiplos comprimentos de onda sempre foi um desafio de pesquisa nesta área.
Recentemente, uma cor duplalaser semicondutorUma equipe na China propôs um design de chip inovador para enfrentar esse desafio. Por meio de pesquisa numérica aprofundada, eles descobriram que a regulação precisa dos efeitos de filtragem do ganho do poço quântico e da microcavidade semicondutora, relacionados à temperatura, pode permitir o controle flexível do ganho de duas cores. Com base nisso, a equipe projetou com sucesso um chip de alto ganho de 960/1000 nm. Este laser opera no modo fundamental próximo ao limite de difração, com um brilho de saída de aproximadamente 310 MW/cm²sr.
A camada de ganho do disco semicondutor tem apenas alguns micrômetros de espessura, e uma microcavidade Fabry-Perot é formada entre a interface semicondutor-ar e o refletor de Bragg distribuído inferior. Tratar a microcavidade semicondutora como o filtro espectral embutido do chip modula o ganho do poço quântico. Além disso, o efeito de filtragem da microcavidade e o ganho do semicondutor apresentam diferentes taxas de deriva térmica. Combinando isso com o controle de temperatura, é possível realizar a comutação e a regulação dos comprimentos de onda de saída. Com base nessas características, a equipe calculou e definiu o pico de ganho do poço quântico em 950 nm a uma temperatura de 300 K, com uma taxa de deriva térmica do comprimento de onda de ganho de aproximadamente 0,37 nm/K. Posteriormente, a equipe projetou o fator de restrição longitudinal do chip usando o método da matriz de transmissão, com comprimentos de onda de pico de aproximadamente 960 nm e 1000 nm, respectivamente. As simulações revelaram que a taxa de deriva térmica foi de apenas 0,08 nm/K. Utilizando a tecnologia de deposição química de vapor metalorgânica (MOCVD) para o crescimento epitaxial e otimizando continuamente o processo de crescimento, chips de ganho de alta qualidade foram fabricados com sucesso. Os resultados das medições de fotoluminescência são totalmente consistentes com os resultados da simulação. Para aliviar a carga térmica e alcançar alta transmissão de potência, o processo de encapsulamento do chip semicondutor-diamante foi aprimorado.
Após concluir a embalagem do chip, a equipe realizou uma avaliação abrangente do desempenho do laser. No modo de operação contínua, controlando a potência da bomba ou a temperatura do dissipador de calor, o comprimento de onda de emissão pode ser ajustado de forma flexível entre 960 nm e 1000 nm. Quando a potência da bomba está dentro de uma faixa específica, o laser também pode operar em dois comprimentos de onda, com um intervalo de até 39,4 nm. Nesse caso, a potência máxima em modo contínuo atinge 3,8 W. Enquanto isso, o laser opera no modo fundamental próximo ao limite de difração, com um fator de qualidade do feixe M² de apenas 1,1 e um brilho de aproximadamente 310 MW/cm²sr. A equipe também pesquisou o desempenho em modo quase contínuo do laser.laserO sinal de frequência da soma foi observado com sucesso através da inserção do cristal óptico não linear de LiB₃O₅ na cavidade ressonante, confirmando a sincronização dos dois comprimentos de onda.
Por meio deste engenhoso projeto de chip, a combinação orgânica de filtragem de ganho de poço quântico e filtragem de microcavidade foi alcançada, estabelecendo as bases para a realização de fontes de laser de duas cores. Em termos de indicadores de desempenho, este laser de duas cores em chip único atinge alto brilho, alta flexibilidade e saída de feixe coaxial precisa. Seu brilho está entre os melhores do mundo no campo atual de lasers semicondutores de duas cores em chip único. Em termos de aplicação prática, espera-se que essa conquista aprimore efetivamente a precisão de detecção e a capacidade anti-interferência de lidar multicolorido em ambientes complexos, aproveitando seu alto brilho e características de duas cores. No campo de pentes de frequência óptica, sua saída estável de comprimento de onda duplo pode fornecer suporte crucial para aplicações como medição espectral precisa e sensoriamento óptico de alta resolução.
Data da publicação: 23/09/2025