เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมงานเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งประกอบด้วย School of Interdisciplinary Sciences ที่ National University of Defense Technology และ Suzhou Changguang Huaxin Optoelectronics Technology Co., Ltd. มีความก้าวหน้าอย่างมากในการวิจัยเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สีคู่- การค้นพบนี้มีชื่อว่า "เลเซอร์ดิสก์เซมิคอนดักเตอร์สี Monolithic 960/1000nm- ให้ความสว่างมากกว่า 300MW/cm²sr" ได้รับการเผยแพร่ใน ACS Photonics Zhang Zhicheng ผู้ช่วยนักวิจัยที่ USTC ทำหน้าที่เป็นผู้เขียนคนแรก โดยมีศาสตราจารย์ Wang Jun และ Zhang Chao Fan เป็นผู้เขียนที่เกี่ยวข้อง
เลเซอร์ดิสก์เซมิคอนดักเตอร์ (SDL) หรือที่เรียกว่าเลเซอร์เปล่งแสง-พื้นผิวโพรงแนวตั้ง- (VECSEL) ได้รับความสนใจอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เมื่อรวมข้อดีของเกนเซมิคอนดักเตอร์เข้ากับโซลิด-รีโซเนเตอร์ในสถานะ- พวกมันสามารถเอาชนะข้อจำกัดพื้นที่การปล่อยของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โหมดเดี่ยว-แบบทั่วไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ ขณะเดียวกันก็นำเสนอการออกแบบแถบความถี่ของเซมิคอนดักเตอร์ที่ยืดหยุ่นและคุณลักษณะการรับวัสดุสูง โดยพบการใช้งานได้ในหลายสถานการณ์ รวมถึงเอาต์พุตเลเซอร์ความกว้างเส้น-สัญญาณรบกวนแคบ-ต่ำ การสร้างพัลส์อัตราการทำซ้ำ-สูงเป็นพิเศษ- การสร้างฮาร์โมนิก-สูง และเทคโนโลยีโซเดียมไกด์สตาร์ เทคโนโลยีที่ก้าวหน้าต้องการความยืดหยุ่นของความยาวคลื่นที่มากขึ้น แหล่งที่มาที่เชื่อมโยงกันของความยาวคลื่นคู่-แสดงให้เห็นศักยภาพอันยิ่งใหญ่ในด้านใหม่ๆ เช่น การป้องกัน-การรบกวนของไลดาร์ อินเตอร์เฟอโรเมทรีแบบโฮโลแกรม การสื่อสารมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น การสร้าง-อินฟราเรดกลางหรือเทราเฮิร์ตซ์ และหวีความถี่แสงหลากสี การบรรลุ-การปล่อยความยาวคลื่นสองเท่า-ความสว่างสูงในขณะที่ระงับการแข่งขันระหว่างความยาวคลื่นยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญในเลเซอร์ดิสก์เซมิคอนดักเตอร์
เพื่อจัดการกับความท้าทายนี้ ทีมเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์ได้เสนอการออกแบบชิปที่เป็นนวัตกรรมใหม่ จากการศึกษาเชิงตัวเลขใน- พวกเขาค้นพบว่าการควบคุมอุณหภูมิ-หลุมควอนตัมที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างแม่นยำ ได้รับการกรองและการกรองไมโครคาวิตี้ของเซมิคอนดักเตอร์สามารถทำให้เกิดการควบคุมการเพิ่มสีคู่-ได้อย่างยืดหยุ่น จากสิ่งนี้ ทีมงานจึงประสบความสำเร็จในการออกแบบชิปที่ได้รับความสว่างสูง-ที่ทำงานที่ 960/1000 นาโนเมตร เลเซอร์นี้ทำงานในโหมดพื้นฐานที่จำกัด-การเลี้ยวเบน- โดยให้ความสว่างเอาท์พุตประมาณ 310 mW/cm²sr
นวัตกรรมการวิจัย
รูปที่ 1: การออกแบบชิปของเซมิคอนดักเตอร์คู่ความยาวคลื่น-ความสว่างสูง-
ชั้นเกนของเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์มีความหนาเพียงไม่กี่ไมโครเมตร ทำให้เกิดโพรงขนาดเล็กของ Fabry-Perot ระหว่างส่วนต่อประสานอากาศของเซมิคอนดักเตอร์-กับตัวสะท้อนแสง Bragg แบบกระจายที่พื้นผิว การรักษา microcavity ของเซมิคอนดักเตอร์ในฐานะตัวกรองสเปกตรัมแบบรวมจะปรับค่าเกนควอนตัมได้ดี ในขณะเดียวกัน ผลการกรองไมโครคาวิตี้และอัตราขยายของเซมิคอนดักเตอร์จะแสดงอัตราการเบี่ยงเบนของอุณหภูมิที่แตกต่างกัน เมื่อใช้ร่วมกับการควบคุมอุณหภูมิ ช่วยให้สามารถสลับและควบคุมความยาวคลื่นเอาท์พุตได้ ทีมงานได้ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเหล่านี้โดยคำนวณหาจุดสูงสุดของหลุมควอนตัมที่ 950 นาโนเมตรที่ 300 เคลวิน โดยมีอัตราการเบี่ยงเบนของอุณหภูมิคลื่นที่เพิ่มขึ้นประมาณ 0.37 นาโนเมตรต่อเคลวิน ต่อมา ทีมงานได้ใช้วิธีการถ่ายโอนเมทริกซ์เพื่อออกแบบปัจจัยการจำกัดตามยาวของชิป เพื่อให้ได้ความยาวคลื่นสูงสุดประมาณ 960 นาโนเมตรและ 1,000 นาโนเมตร การจำลองเผยให้เห็นอัตราการเบี่ยงเบนของอุณหภูมิเพียง 0.08 นาโนเมตร/เคลวิน การใช้-การสะสมไอสารเคมีอินทรีย์ (MOCVD) ของโลหะสำหรับการเจริญเติบโตของเยื่อบุผิว ทีมงานประสบความสำเร็จในการผลิตชิปเกนคุณภาพสูง-ผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการอย่างต่อเนื่อง การวัดด้วยโฟโตลูมิเนสเซนซ์ตรงกับผลการจำลองอย่างสมบูรณ์ เพื่อลดภาระความร้อนและเปิดใช้งาน-การใช้พลังงานสูง จึงได้พัฒนากระบวนการบรรจุชิปเซมิคอนดักเตอร์-เพชรเพิ่มเติม
การวิเคราะห์ที่ครอบคลุมลักษณะเอาต์พุตชิปเกนของเซมิคอนดักเตอร์
หลังจากบรรจุภัณฑ์ชิป ทีมงานได้ทำการประเมินประสิทธิภาพของเลเซอร์อย่างครอบคลุม ในโหมดการทำงานต่อเนื่อง สามารถปรับความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาได้อย่างยืดหยุ่นระหว่าง 960 นาโนเมตรถึง 1,000 นาโนเมตร โดยการควบคุมกำลังของปั๊มหรืออุณหภูมิแผงระบายความร้อน ภายในช่วงกำลังของปั๊มที่กำหนด เลเซอร์ยังบรรลุการทำงานความยาวคลื่น-แบบคู่โดยมีระยะห่างความยาวคลื่น 39.4 นาโนเมตร ซึ่งเข้าถึงพลังงานคลื่นต่อเนื่องสูงสุด-ที่ 3.8 W ในขณะเดียวกัน เลเซอร์ยังคงรักษาการทำงานของโหมดพื้นฐานไว้ใกล้กับ-การเลี้ยวเบน-แบบจำกัดด้วยปัจจัยคุณภาพลำแสง M² เพียง 1.1 และความสว่างประมาณ 310 MW/cm²sr ทีมงานยังตรวจสอบประสิทธิภาพของคลื่นเสมือนต่อเนื่อง-ของเลเซอร์ด้วย ด้วยการใส่ผลึกแสงแบบไม่เชิงเส้น LiB₃O₅ เข้าไปในช่องตัวสะท้อน พวกเขาสามารถสังเกต-สัญญาณความถี่รวมได้สำเร็จ ซึ่งเป็นการยืนยันการซิงโครไนซ์ของความยาวคลื่นทั้งสอง
การออกแบบชิปอันชาญฉลาดนี้ทำให้เกิดการบูรณาการแบบออร์แกนิกของการกรองควอนตัมอย่างดีและการกรองไมโครคาวิตี โดยวางรากฐานการออกแบบสำหรับการสร้างแหล่งกำเนิดเลเซอร์ความยาวคลื่นคู่- ในแง่ของการวัดประสิทธิภาพ เลเซอร์ความยาวคลื่นคู่-เสาหินนี้ให้ความสว่างสูง มีความยืดหยุ่นสูง และเอาต์พุตลำแสงโคแอกเชียลที่แม่นยำ ความสว่างได้รับการจัดอันดับให้อยู่ในระดับชั้นนำของโลกในด้านเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ความยาวคลื่นคู่เสาหิน-ในปัจจุบัน สำหรับการใช้งานจริง ความสำเร็จนี้ถือเป็นคำมั่นสัญญาในระบบลิดาร์แบบหลายสี- ด้วยการใช้ประโยชน์จากความสว่างสูงและคุณลักษณะความยาวคลื่นคู่- ทำให้สามารถเพิ่มความแม่นยำในการตรวจจับเรดาร์และความสามารถในการป้องกันการรบกวน-ในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในการใช้งานหวีความถี่แสง เอาต์พุต-ความยาวคลื่นคู่ที่มีความเสถียรให้การสนับสนุนที่สำคัญสำหรับการวัดสเปกตรัมที่แม่นยำและ-การตรวจจับแสงความละเอียดสูง เมื่อมองไปข้างหน้า ทีมงานวางแผนที่จะเจาะลึกการวิจัยของตน ในด้านหนึ่ง พวกเขามุ่งเป้าที่จะพัฒนาอุปกรณ์-ปั๊มไฟฟ้าโดยการปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสม เช่น ขนาดอิเล็กโทรดและการโด๊ป เพื่อเพิ่มกำลังโหมดเดี่ยว-เพิ่มเติม ในอีกกรณีหนึ่ง พวกเขาจะสำรวจ-พื้นผิวคริสตัลโฟโตนิกแบบปั๊ม-ที่ปล่อยเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ด้วยไฟฟ้า
