Хоёр өнгийн хагас дамжуулагч лазерын хамгийн сүүлийн үеийн судалгаа

Хоёр өнгийн хагас дамжуулагч лазерын хамгийн сүүлийн үеийн судалгаа

Хагас дамжуулагч дискэн лазер (SDL лазер) буюу босоо гадаад хөндийн гадаргуу ялгаруулдаг лазер (VECSEL) нь сүүлийн жилүүдэд ихээхэн анхаарал татаж байна. Энэ нь хагас дамжуулагч олшруулалт болон хатуу төлөвт резонаторын давуу талыг хослуулсан. Энэ нь уламжлалт хагас дамжуулагч лазерын нэг горимын дэмжлэгийн ялгаралтын талбайн хязгаарлалтыг үр дүнтэйгээр бууруулаад зогсохгүй уян хатан хагас дамжуулагч зурвасын завсарлагааны загвар болон өндөр материалын олшруулалттай шинж чанартай. Үүнийг бага дуу чимээтэй гэх мэт өргөн хүрээний хэрэглээний хувилбаруудаас харж болно.нарийн шугамын өргөнтэй лазергаралт, хэт богино өндөр давталтын импульс үүсгэх, өндөр эрэмбийн гармоник үүсгэх, натрийн чиглүүлэгч одны технологи гэх мэт. Технологийн дэвшлийн хамт долгионы уртын уян хатан байдалд өндөр шаардлага тавигдаж байна. Жишээлбэл, хос долгионы урттай когерент гэрлийн эх үүсвэрүүд нь интерференцийн эсрэг лидар, голографик интерферометр, долгионы уртын хуваагдлын мультиплекс холбоо, дунд хэт улаан туяа эсвэл терагерц үүсгэх, олон өнгийн оптик давтамжийн сам зэрэг шинээр гарч ирж буй салбарт маш өндөр хэрэглээний үнэ цэнийг харуулсан. Хагас дамжуулагч дискэн лазерт өндөр тод хос өнгийн ялгаралтыг хэрхэн бий болгож, олон долгионы уртын хоорондох олшруулах өрсөлдөөнийг үр дүнтэй дарах нь энэ салбарт үргэлж судалгааны бэрхшээл байсаар ирсэн.

Саяхан хоёр өнгийнхагас дамжуулагч лазерХятадын баг энэхүү сорилтыг шийдвэрлэхийн тулд шинэлэг чипийн загварыг санал болгов. Тэд гүнзгий тоон судалгаагаар температуртай холбоотой квант худгийн олшруулалтын шүүлтүүр болон хагас дамжуулагчийн бичил хөндийн шүүлтүүрийн нөлөөллийг нарийн зохицуулах нь хос өнгөний олшруулалтын уян хатан хяналтыг бий болгоно гэж үзсэн. Үүн дээр үндэслэн баг 960/1000 нм өндөр тод байдлын олшруулалтын чипийг амжилттай зохион бүтээжээ. Энэхүү лазер нь дифракцийн хязгаарын ойролцоо үндсэн горимд ажилладаг бөгөөд гаралтын тод байдал нь ойролцоогоор 310 МВт/см²ср хүртэл өндөр байдаг.

Хагас дамжуулагч дискний олшруулах давхарга нь хэдхэн микрометр зузаантай бөгөөд хагас дамжуулагч-агаарын интерфэйс болон доод тархсан Брэгг тусгалын хооронд Фабри-Перогийн бичил хөндий үүсдэг. Хагас дамжуулагчийн бичил хөндийг чипийн суурилуулсан спектрийн шүүлтүүр болгон ашиглах нь квант худгийн олшруулалтыг зохицуулна. Үүний зэрэгцээ бичил хөндийн шүүлтүүрийн эффект ба хагас дамжуулагчийн олшруулалт нь температурын зөрүүний хурд өөр өөр байдаг. Температурын хяналттай хослуулан гаралтын долгионы уртыг солих, зохицуулах боломжтой. Эдгээр шинж чанарууд дээр үндэслэн баг нь квант худгийн олшруулалтын оргил утгыг 300 К температурт 950 нм-т тооцоолж, тогтоосон бөгөөд олшруулалтын долгионы уртын температурын зөрүүний хурд ойролцоогоор 0.37 нм/К байна. Үүний дараа баг нь дамжуулах матрицын аргыг ашиглан чипийн уртааш хязгаарлалтын коэффициентийг боловсруулсан бөгөөд оргил долгионы урт нь тус тус ойролцоогоор 960 нм ба 1000 нм байна. Симуляци нь температурын зөрүүний хурд ердөө 0.08 нм/К байгааг харуулж байна. Эпитаксиал өсөлтөд металл-органик химийн ууршуулах технологийг ашиглан өсөлтийн процессыг тасралтгүй оновчтой болгосноор өндөр чанартай олшруулалтын чипийг амжилттай үйлдвэрлэсэн. Фотолюминесценцийн хэмжилтийн үр дүн нь симуляцийн үр дүнтэй бүрэн нийцэж байна. Дулааны ачааллыг бууруулж, өндөр чадлын дамжуулалтыг бий болгохын тулд хагас дамжуулагч-алмаз чип савлах процессыг цаашид хөгжүүлсэн.

Чипийн сав баглаа боодлыг дуусгасны дараа баг нь лазерын гүйцэтгэлийн цогц үнэлгээг хийсэн. Тасралтгүй ажиллах горимд насосны хүч эсвэл дулаан шингээгчийн температурыг хянах замаар цацрагийн долгионы уртыг 960 нм-ээс 1000 нм-ийн хооронд уян хатан тохируулж болно. Насосны хүч тодорхой хязгаарт байх үед лазер нь 39.4 нм хүртэл долгионы уртын интервалтайгаар 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 коэффициент M² нь ердөө 1.1, гэрэл нь ойролцоогоор 310 МВт/см²ср хүртэл өндөр байдаг. Мөн баг нь хагас тасралтгүй долгионы гүйцэтгэлийн талаар судалгаа хийсэн.лазерХос долгионы уртын синхрончлолыг баталгаажуулсан LiB₃O₅ шугаман бус оптик талстын резонансын хөндийд оруулснаар нийлбэр давтамжийн дохиог амжилттай ажигласан.

Энэхүү ухаалаг чип дизайны тусламжтайгаар квант худгийн олшруулалтын шүүлтүүр болон бичил хөндийн шүүлтүүрийн органик хослолыг бий болгож, хос өнгийн лазер эх үүсвэрийг бий болгох дизайны үндэс суурийг тавьсан. Гүйцэтгэлийн үзүүлэлтүүдийн хувьд энэхүү нэг чиптэй хоёр өнгийн лазер нь өндөр гэрэлтэлт, өндөр уян хатан байдал, коаксиаль цацрагийн нарийвчлалтай гаралтыг бий болгодог. Түүний гэрэлтэлт нь нэг чиптэй хоёр өнгийн хагас дамжуулагч лазерын одоогийн салбарт олон улсын тэргүүлэх түвшинд байна. Практик хэрэглээний хувьд энэхүү ололт амжилт нь өндөр гэрэлтэлт болон хос өнгийн шинж чанаруудыг ашиглан нарийн төвөгтэй орчинд олон өнгийн лидарын илрүүлэх нарийвчлал болон хөндлөнгийн оролцооны эсрэг чадварыг үр дүнтэй сайжруулна гэж найдаж байна. Оптик давтамжийн самны салбарт түүний тогтвортой хоёр долгионы урттай гаралт нь нарийн спектрийн хэмжилт, өндөр нарийвчлалтай оптик мэдрэгч зэрэг хэрэглээнд чухал дэмжлэг үзүүлж чадна.