Νέα του κλάδου

Η οπτική απόδοση των πράσινων λέιζερ βελτιώνεται σημαντικά

2022-03-30
Το λέιζερ θεωρείται μια από τις μεγαλύτερες εφευρέσεις της ανθρωπότητας στον εικοστό αιώνα και η εμφάνισή του έχει προωθήσει έντονα την πρόοδο της ανίχνευσης, της επικοινωνίας, της επεξεργασίας, της προβολής και άλλων τομέων. Τα λέιζερ ημιαγωγών είναι μια κατηγορία λέιζερ που ωριμάζουν νωρίτερα και προχωρούν πιο γρήγορα. Έχουν τα χαρακτηριστικά του μικρού μεγέθους, της υψηλής απόδοσης, του χαμηλού κόστους και της μεγάλης διάρκειας ζωής, επομένως χρησιμοποιούνται ευρέως. Τα πρώτα χρόνια, τα υπέρυθρα λέιζερ βασισμένα σε συστήματα GaAsInP έθεσαν τον ακρογωνιαίο λίθο της επανάστασης της πληροφορίας. . Το λέιζερ νιτριδίου του γαλλίου (LD) είναι ένας νέος τύπος οπτοηλεκτρονικής συσκευής που αναπτύχθηκε τα τελευταία χρόνια. Το λέιζερ που βασίζεται στο σύστημα υλικού GaN μπορεί να επεκτείνει το μήκος κύματος εργασίας από το αρχικό υπέρυθρο σε ολόκληρο το ορατό φάσμα και το υπεριώδες φάσμα. Η επεξεργασία, η εθνική άμυνα, η κβαντική επικοινωνία και άλλοι τομείς έχουν δείξει μεγάλες προοπτικές εφαρμογής.
Η αρχή της παραγωγής λέιζερ είναι ότι το φως στο υλικό οπτικού κέρδους ενισχύεται με ταλάντωση στην οπτική κοιλότητα για να σχηματίσει φως με εξαιρετικά συνεπή φάση, συχνότητα και κατεύθυνση διάδοσης. Για λέιζερ ημιαγωγών τύπου κορυφογραμμής εκπομπής άκρων, η οπτική κοιλότητα μπορεί να περιορίσει το φως και στις τρεις χωρικές διαστάσεις. Ο περιορισμός κατά μήκος της κατεύθυνσης εξόδου του λέιζερ επιτυγχάνεται κυρίως με διάσπαση και επίστρωση της κοιλότητας συντονισμού. Στην οριζόντια κατεύθυνση Ο οπτικός περιορισμός στην κατακόρυφη κατεύθυνση πραγματοποιείται κυρίως με τη χρήση της ισοδύναμης διαφοράς δείκτη διάθλασης που σχηματίζεται από το σχήμα κορυφογραμμής, ενώ ο οπτικός περιορισμός στην κατακόρυφη διεύθυνση πραγματοποιείται από τη διαφορά του δείκτη διάθλασης μεταξύ διαφορετικών υλικών. Για παράδειγμα, η περιοχή απολαβής του λέιζερ υπερύθρων 808 nm είναι ένα κβαντικό φρεάτιο GaAs και το στρώμα οπτικού περιορισμού είναι το AlGaAs με χαμηλό δείκτη διάθλασης. Δεδομένου ότι οι σταθερές πλέγματος των υλικών GaAs και AlGaAs είναι σχεδόν ίδιες, αυτή η δομή δεν επιτυγχάνει οπτικό περιορισμό ταυτόχρονα. Μπορεί να προκύψουν προβλήματα ποιότητας υλικού λόγω αναντιστοιχίας πλέγματος.
Στα λέιζερ που βασίζονται σε GaN, το AlGaN με χαμηλό δείκτη διάθλασης χρησιμοποιείται συνήθως ως στρώμα οπτικού περιορισμού και το (In)GaN με υψηλό δείκτη διάθλασης χρησιμοποιείται ως στρώμα κυματοδηγού. Ωστόσο, καθώς αυξάνεται το μήκος κύματος εκπομπής, η διαφορά του δείκτη διάθλασης μεταξύ του στρώματος οπτικού περιορισμού και του στρώματος κυματοδηγού μειώνεται συνεχώς, έτσι ώστε η επίδραση περιορισμού του στρώματος οπτικού περιορισμού στο πεδίο φωτός να μειώνεται συνεχώς. Ειδικά στα πράσινα λέιζερ, τέτοιες δομές δεν μπόρεσαν να περιορίσουν το πεδίο φωτός, έτσι ώστε το φως να διαρρεύσει στο υποκείμενο στρώμα υποστρώματος. Λόγω της ύπαρξης της πρόσθετης δομής κυματοδηγού του στρώματος αέρα/υποστρώματος/οπτικής περιορισμού, το φως που διαρρέει στο υπόστρωμα μπορεί να είναι Σχηματίζεται μια σταθερή λειτουργία (τρόπος υποστρώματος). Η ύπαρξη του τρόπου λειτουργίας υποστρώματος θα έχει ως αποτέλεσμα η κατανομή του οπτικού πεδίου στην κατακόρυφη διεύθυνση να μην είναι πλέον κατανομή Gaussian, αλλά "λοβός κάλυκα" και η υποβάθμιση της ποιότητας της δέσμης αναμφίβολα θα επηρεάσει τη χρήση της συσκευής.

Πρόσφατα, με βάση τα αποτελέσματα προηγούμενης έρευνας οπτικής προσομοίωσης (DOI: 10.1364/OE.389880), η ερευνητική ομάδα του Liu Jianping από το Ινστιτούτο Νανοτεχνολογίας Suzhou της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών πρότεινε τη χρήση τεταρτοταγούς υλικού AlInGaN του οποίου το σταθερό πλέγμα και ο δείκτης διάθλασης μπορούν να ρυθμιστεί ταυτόχρονα με το επίπεδο οπτικού περιορισμού. Με την εμφάνιση του καλουπιού υποστρώματος, τα σχετικά αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Fundamental Research, το οποίο διευθύνεται και χρηματοδοτείται από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας. Στην έρευνα, οι πειραματιστές βελτιστοποίησαν αρχικά τις παραμέτρους της διαδικασίας επιταξιακής ανάπτυξης για να αναπτύξουν ετεροεπιταξιακά λεπτά στρώματα AlInGaN υψηλής ποιότητας με μορφολογία βηματικής ροής στο πρότυπο GaN/Sapphire. Στη συνέχεια, το ομοεπιταξιακό time-lapse της παχιάς στρώσης AlInGaN στο αυτοφερόμενο υπόστρωμα GaN δείχνει ότι η επιφάνεια θα εμφανίσει διαταραγμένη μορφολογία κορυφογραμμής, η οποία θα οδηγήσει σε αύξηση της τραχύτητας της επιφάνειας, επηρεάζοντας έτσι την επιταξιακή ανάπτυξη άλλων δομών λέιζερ. Αναλύοντας τη σχέση μεταξύ του στρες και της μορφολογίας της επιταξιακής ανάπτυξης, οι ερευνητές πρότειναν ότι η θλιπτική τάση που συσσωρεύεται στο παχύ στρώμα AlInGaN είναι ο κύριος λόγος για μια τέτοια μορφολογία και επιβεβαίωσαν την εικασία αναπτύσσοντας παχιά στρώματα AlInGaN σε διαφορετικές καταστάσεις τάσης. Τέλος, εφαρμόζοντας το βελτιστοποιημένο παχύ στρώμα AlInGaN στο στρώμα οπτικού περιορισμού του πράσινου λέιζερ, η εμφάνιση της λειτουργίας υποστρώματος καταργήθηκε με επιτυχία (Εικ. 1).


Εικόνα 1. Πράσινο λέιζερ χωρίς λειτουργία διαρροής, (α) κατανομή πεδίου φωτός σε κατακόρυφη κατεύθυνση, (β) διάγραμμα κηλίδων.

X
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies. Privacy Policy
Reject Accept