दुहेरी-रंगीत अर्धसंवाहक लेसरवरील नवीनतम संशोधन

दुहेरी-रंगीत अर्धसंवाहक लेसरवरील नवीनतम संशोधन

सेमीकंडक्टर डिस्क लेसर (SDL लेसर), ज्यांना वर्टिकल एक्सटर्नल कॅव्हिटी सरफेस-एमिटिंग लेसर (VECSEL) असेही म्हणतात, त्यांनी अलिकडच्या वर्षांत बरेच लक्ष वेधले आहे. हे सेमीकंडक्टर गेन आणि सॉलिड-स्टेट रेझोनेटरचे फायदे एकत्र करते. हे पारंपारिक सेमीकंडक्टर लेसरसाठी सिंगल-मोड सपोर्टच्या उत्सर्जन क्षेत्र मर्यादेला प्रभावीपणे कमी करतेच, परंतु लवचिक सेमीकंडक्टर बँडगॅप डिझाइन आणि उच्च मटेरियल गेन वैशिष्ट्ये देखील दर्शवते. हे कमी-आवाज सारख्या विस्तृत अनुप्रयोग परिस्थितींमध्ये पाहिले जाऊ शकते.अरुंद-रेषेची रुंदी असलेला लेसरआउटपुट, अल्ट्रा-शॉर्ट हाय-रिपीटेशन पल्स जनरेशन, हाय-ऑर्डर हार्मोनिक जनरेशन आणि सोडियम गाईड स्टार टेक्नॉलॉजी इत्यादी. तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीसह, त्याच्या तरंगलांबी लवचिकतेसाठी उच्च आवश्यकता पुढे आणल्या गेल्या आहेत. उदाहरणार्थ, दुहेरी-तरंगलांबी सुसंगत प्रकाश स्रोतांनी अँटी-इंटरफेरन्स लिडार, होलोग्राफिक इंटरफेरोमेट्री, तरंगलांबी विभाग मल्टीप्लेक्सिंग कम्युनिकेशन, मिड-इन्फ्रारेड किंवा टेराहर्ट्झ जनरेशन आणि मल्टी-कलर ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब्स यासारख्या उदयोन्मुख क्षेत्रांमध्ये अत्यंत उच्च अनुप्रयोग मूल्य प्रदर्शित केले आहे. सेमीकंडक्टर डिस्क लेसरमध्ये उच्च-ब्राइटनेस ड्युअल-कलर उत्सर्जन कसे मिळवायचे आणि अनेक तरंगलांबींमधील लाभ स्पर्धा प्रभावीपणे कशी दाबायची हे या क्षेत्रात नेहमीच संशोधनाची अडचण राहिली आहे.

अलीकडे, दुहेरी रंगाचाअर्धवाहक लेसरया आव्हानाला तोंड देण्यासाठी चीनमधील टीमने एक नाविन्यपूर्ण चिप डिझाइन प्रस्तावित केले आहे. सखोल संख्यात्मक संशोधनाद्वारे, त्यांना असे आढळून आले की तापमान-संबंधित क्वांटम वेल गेन फिल्टरिंग आणि सेमीकंडक्टर मायक्रोकॅव्हिटी फिल्टरिंग इफेक्ट्सचे अचूक नियमन केल्याने ड्युअल-कलर गेनचे लवचिक नियंत्रण साध्य होण्याची अपेक्षा आहे. या आधारावर, टीमने 960/1000 nm उच्च-ब्राइटनेस गेन चिप यशस्वीरित्या डिझाइन केली. हे लेसर विवर्तन मर्यादेजवळ मूलभूत मोडमध्ये कार्य करते, ज्याची आउटपुट ब्राइटनेस अंदाजे 310 MW/cm²sr इतकी उच्च आहे.

सेमीकंडक्टर डिस्कचा गेन लेयर फक्त काही मायक्रोमीटर जाड असतो आणि सेमीकंडक्टर-एअर इंटरफेस आणि तळाशी वितरित ब्रॅग रिफ्लेक्टर दरम्यान फॅब्री-पेरोट मायक्रोकॅव्हिटी तयार होते. सेमीकंडक्टर मायक्रोकॅव्हिटीला चिपचा बिल्ट-इन स्पेक्ट्रल फिल्टर म्हणून हाताळल्याने क्वांटम वेलचा गेन मॉड्युलेट होईल. दरम्यान, मायक्रोकॅव्हिटी फिल्टरिंग इफेक्ट आणि सेमीकंडक्टर गेनमध्ये वेगवेगळे तापमान ड्रिफ्ट रेट असतात. तापमान नियंत्रणासह, आउटपुट तरंगलांबींचे स्विचिंग आणि नियमन साध्य करता येते. या वैशिष्ट्यांच्या आधारे, टीमने 300 K तापमानावर 950 nm वर क्वांटम वेलचा गेन पीक मोजला आणि सेट केला, गेन वेव्हलेंथचा तापमान ड्रिफ्ट रेट अंदाजे 0.37 nm/K होता. त्यानंतर, टीमने ट्रान्समिशन मॅट्रिक्स पद्धतीचा वापर करून चिपचा अनुदैर्ध्य कंस्ट्रेंट फॅक्टर डिझाइन केला, ज्याची शिखर तरंगलांबी अनुक्रमे अंदाजे 960 nm आणि 1000 nm होती. सिम्युलेशनमधून असे दिसून आले की तापमान ड्रिफ्ट रेट फक्त 0.08 nm/K होता. एपिटॅक्सियल वाढीसाठी धातू-सेंद्रिय रासायनिक वाष्प निक्षेपण तंत्रज्ञानाचा वापर करून आणि वाढ प्रक्रियेला सतत अनुकूलित करून, उच्च-गुणवत्तेच्या गेन चिप्स यशस्वीरित्या तयार केल्या गेल्या. फोटोल्युमिनेसेन्सचे मापन परिणाम सिम्युलेशन निकालांशी पूर्णपणे सुसंगत आहेत. थर्मल भार कमी करण्यासाठी आणि उच्च-शक्ती प्रसारण साध्य करण्यासाठी, सेमीकंडक्टर-डायमंड चिप पॅकेजिंग प्रक्रिया अधिक विकसित करण्यात आली आहे.

चिप पॅकेजिंग पूर्ण केल्यानंतर, टीमने त्याच्या लेसर कामगिरीचे व्यापक मूल्यांकन केले. सतत ऑपरेशन मोडमध्ये, पंप पॉवर किंवा हीट सिंक तापमान नियंत्रित करून, उत्सर्जन तरंगलांबी 960 nm आणि 1000 nm दरम्यान लवचिकपणे समायोजित केली जाऊ शकते. जेव्हा पंप पॉवर एका विशिष्ट श्रेणीत असते, तेव्हा लेसर 39.4 nm पर्यंत तरंगलांबी अंतरासह दुहेरी-तरंगलांबी ऑपरेशन देखील साध्य करू शकतो. यावेळी, कमाल सतत तरंगलांबी शक्ती 3.8 W पर्यंत पोहोचते. दरम्यान, लेसर विवर्तन मर्यादेजवळ मूलभूत मोडमध्ये कार्य करतो, ज्यामध्ये बीम गुणवत्ता घटक M² फक्त 1.1 आहे आणि अंदाजे 310 MW/cm²sr इतकी उच्च चमक आहे. टीमने लेसरच्या अर्ध-सतत तरंग कामगिरीवर देखील संशोधन केले.लेसर. रेझोनंट पोकळीमध्ये LiB₃O₅ नॉनलाइनर ऑप्टिकल क्रिस्टल घालून बेरीज फ्रिक्वेन्सी सिग्नल यशस्वीरित्या पाहिला गेला, ज्यामुळे दुहेरी तरंगलांबींचे सिंक्रोनाइझेशन पुष्टी झाली.

या कल्पक चिप डिझाइनद्वारे, क्वांटम वेल गेन फिल्टरिंग आणि मायक्रोकॅव्हिटी फिल्टरिंगचे सेंद्रिय संयोजन साध्य झाले आहे, ज्यामुळे ड्युअल-कलर लेसर स्रोतांच्या प्राप्तीसाठी डिझाइन पाया रचला गेला आहे. कामगिरी निर्देशकांच्या बाबतीत, हे सिंगल-चिप ड्युअल-कलर लेसर उच्च ब्राइटनेस, उच्च लवचिकता आणि अचूक कोएक्सियल बीम आउटपुट प्राप्त करते. सिंगल-चिप ड्युअल-कलर सेमीकंडक्टर लेसरच्या सध्याच्या क्षेत्रात त्याची ब्राइटनेस आंतरराष्ट्रीय आघाडीच्या पातळीवर आहे. व्यावहारिक अनुप्रयोगाच्या बाबतीत, या कामगिरीमुळे त्याच्या उच्च ब्राइटनेस आणि ड्युअल-कलर वैशिष्ट्यांचा फायदा घेऊन जटिल वातावरणात मल्टी-कलर लिडारची शोध अचूकता आणि हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता प्रभावीपणे वाढेल अशी अपेक्षा आहे. ऑप्टिकल फ्रिक्वेन्सी कॉम्ब्सच्या क्षेत्रात, त्याचे स्थिर ड्युअल-वेव्हलेंथ आउटपुट अचूक स्पेक्ट्रल मापन आणि उच्च-रिझोल्यूशन ऑप्टिकल सेन्सिंग सारख्या अनुप्रयोगांसाठी महत्त्वपूर्ण समर्थन प्रदान करू शकते.