Хос өнгөт хагас дамжуулагч лазерын хамгийн сүүлийн үеийн судалгаа

Хос өнгөт хагас дамжуулагч лазерын хамгийн сүүлийн үеийн судалгаа

Хагас дамжуулагч дискний лазер (SDL лазер) нь босоо гадаад хөндий гадаргуу ялгаруулагч лазер (VECSEL) гэгддэг бөгөөд сүүлийн жилүүдэд олны анхаарлыг татаж байна. Энэ нь хагас дамжуулагчийн ашиг ба хатуу төлөвт резонаторын давуу талыг хослуулсан. Энэ нь ердийн хагас дамжуулагч лазерын нэг горимын дэмжлэгийн ялгарлын талбайн хязгаарлалтыг үр дүнтэйгээр хөнгөвчлөхөөс гадна уян хатан хагас дамжуулагчийн зурвасын хийцтэй, материаллаг ашиг олох өндөр шинж чанартай байдаг. Үүнийг дуу чимээ багатай гэх мэт өргөн хүрээний хэрэглээний хувилбаруудаас харж болнонарийн шугамын өргөнтэй лазергаралт, хэт богино давтамжтай импульс үүсгэх, өндөр дарааллын гармоник үүсгэх, натрийн чиглүүлэгч одны технологи гэх мэт. Технологийн дэвшлийг дагаж долгионы уртын уян хатан байдалд илүү өндөр шаардлага тавьж байна. Жишээлбэл, давхар долгионы урттай когерент гэрлийн эх үүсвэрүүд нь интерференцийн эсрэг лидар, голограф интерферометр, долгионы уртыг хуваах олон талт харилцаа холбоо, дунд хэт улаан туяа эсвэл терагерц үүсгэх, олон өнгийн оптик давтамжийн самнууд зэрэг шинээр гарч ирж буй салбарт маш өндөр хэрэглээг харуулсан. Хагас дамжуулагч дискний лазерын өндөр тод хос өнгөт ялгаруулалтыг хэрхэн яаж олж авах, олон долгионы урттай өрсөлдөөнийг хэрхэн үр дүнтэй дарах вэ гэдэг нь энэ салбарт судалгааны бэрхшээлтэй байсаар ирсэн.

Саяхан хос өнгөтэйхагас дамжуулагч лазерХятад дахь баг энэ сорилтыг шийдвэрлэхийн тулд шинэлэг чип загварыг санал болгов. Гүнзгийрүүлсэн тоон судалгааны үр дүнд тэд температуртай холбоотой квант цооног шүүлтүүр болон хагас дамжуулагч бичил хөндийн шүүлтүүрийн эффектийг нарийн зохицуулах нь давхар өнгөний олзыг уян хатан хянах боломжтой болохыг олж мэдэв. Үүний үндсэн дээр баг нь 960/1000 нм өндөр гэрэлтүүлгийн чипийг амжилттай зохион бүтээжээ. Энэ лазер нь дифракцийн хязгаарын ойролцоо үндсэн горимд ажилладаг бөгөөд гаралтын гэрэлтүүлэг нь ойролцоогоор 310 MW/cm²sr хүрдэг.

Хагас дамжуулагч дискний олз давхарга нь хэдхэн микрометрийн зузаантай бөгөөд хагас дамжуулагч-агаарын интерфейс ба доод тархсан Браггийн тусгал хооронд Fabry-Perot бичил хөндий үүсдэг. Хагас дамжуулагч бичил хөндийг чипийн суурилуулсан спектрийн шүүлтүүр гэж үзэх нь квант цооногийн олзыг өөрчлөх болно. Үүний зэрэгцээ бичил хөндий шүүлтүүрийн эффект ба хагас дамжуулагчийн олз нь өөр өөр температурын шилжилтийн хурдтай байдаг. Температурын хяналттай хослуулан гаралтын долгионы уртыг солих, зохицуулах боломжтой. Эдгээр шинж чанарууд дээр үндэслэн баг 300 К-ийн температурт 950 нм-ийн квант цооногийн ашгийн оргилыг тооцоолж, тогтоосон бөгөөд өсөлтийн долгионы уртын температурын шилжилтийн хурд ойролцоогоор 0.37 нм/К байна. Үүний дараа баг нь дамжуулалтын матрицын аргыг ашиглан чипийн уртын хязгаарлалтын хүчин зүйлийг зохион бүтээсэн бөгөөд оргил долгионы урт нь ойролцоогоор 960 нм ба 1000 нм байна. Температурын шилжилтийн хурд ердөө 0.08 нм/К байсныг симуляци харуулжээ. Эпитаксиаль өсөлтөд металл-органик химийн уурын хуримтлуулах технологийг ашиглан өсөлтийн процессыг тасралтгүй оновчтой болгосноор өндөр чанартай олз бүхий чипүүдийг амжилттай үйлдвэрлэсэн. Фотолюминесценцийн хэмжилтийн үр дүн нь симуляцийн үр дүнтэй бүрэн нийцэж байна. Дулааны ачааллыг хөнгөвчлөх, өндөр эрчим хүчний дамжуулалтад хүрэхийн тулд хагас дамжуулагч-алмазын чип савлах процессыг улам боловсронгуй болгосон.

Чипний савлагаа хийж дууссаны дараа баг түүний лазерын гүйцэтгэлд иж бүрэн үнэлгээ хийсэн. Тасралтгүй ажиллах горимд насосны хүч эсвэл дулаан шингээгчийн температурыг хянах замаар цацрагийн долгионы уртыг 960 нм-ээс 1000 нм хооронд уян хатан тохируулж болно. Насосны хүч тодорхой хязгаарт байх үед лазер нь 39.4 нм хүртэлх долгионы урттай хос долгионы урттай ажиллах боломжтой. Энэ үед тасралтгүй долгионы хамгийн их хүч нь 3.8 Вт хүрдэг. Үүний зэрэгцээ лазер нь дифракцийн хязгаарын ойролцоо үндсэн горимд ажилладаг бөгөөд цацрагийн чанарын хүчин зүйл M² ердөө 1.1, гэрэлтүүлэг нь ойролцоогоор 310 MW/cm²sr байна. Тус багийнхан мөн хийн бараг тасралтгүй долгионы гүйцэтгэлийн талаар судалгаа хийсэнлазер. LiB₃O₅ шугаман бус оптик талстыг резонансын хөндийд оруулснаар нийлбэр давтамжийн дохиог амжилттай ажиглаж, хос долгионы уртын синхрончлолыг баталгаажуулав.

Энэхүү овсгоотой чип дизайны тусламжтайгаар квант цооног шүүлтүүр ба бичил хөндий шүүлтүүрийн органик хослолыг бий болгож, давхар өнгөт лазерын эх үүсвэрийг хэрэгжүүлэх дизайны үндэс суурийг тавьсан. Гүйцэтгэлийн үзүүлэлтүүдийн хувьд энэхүү нэг чиптэй хос өнгөт лазер нь өндөр тод, уян хатан чанар, коаксиаль цацрагийн нарийвчлалыг өгдөг. Түүний тод байдал нь нэг чиптэй хос өнгөт хагас дамжуулагч лазерын салбарт олон улсад тэргүүлэгч түвшинд байна. Практик хэрэглээний хувьд энэхүү ололт нь олон өнгөт лидарын өндөр тод, хос өнгөт шинж чанарыг ашиглан нарийн төвөгтэй орчинд илрүүлэх нарийвчлал, хөндлөнгийн нөлөөллөөс хамгаалах чадварыг үр дүнтэйгээр нэмэгдүүлэх болно гэж үзэж байна. Оптик давтамжийн самнуудын салбарт түүний тогтвортой хос долгионы гаралт нь нарийн спектрийн хэмжилт, өндөр нарийвчлалтай оптик мэдрэгч зэрэг хэрэглээнд чухал дэмжлэг болж чадна.