ద్వంద్వ-రంగు సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లపై తాజా పరిశోధన

ద్వంద్వ-రంగు సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లపై తాజా పరిశోధన

సెమీకండక్టర్ డిస్క్ లేజర్‌లు (SDL లేజర్‌లు), వీటిని వర్టికల్ ఎక్స్‌టర్నల్ క్యావిటీ సర్ఫేస్-ఎమిటింగ్ లేజర్‌లు (VECSEL) అని కూడా పిలుస్తారు, ఇటీవలి సంవత్సరాలలో చాలా దృష్టిని ఆకర్షించాయి. ఇది సెమీకండక్టర్ గెయిన్ మరియు సాలిడ్-స్టేట్ రెసొనేటర్‌ల ప్రయోజనాలను మిళితం చేస్తుంది. ఇది సాంప్రదాయ సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల కోసం సింగిల్-మోడ్ సపోర్ట్ యొక్క ఉద్గార ప్రాంత పరిమితిని సమర్థవంతంగా తగ్గించడమే కాకుండా, ఫ్లెక్సిబుల్ సెమీకండక్టర్ బ్యాండ్‌గ్యాప్ డిజైన్ మరియు అధిక మెటీరియల్ గెయిన్ లక్షణాలను కూడా కలిగి ఉంటుంది. దీనిని తక్కువ-శబ్దం వంటి అనేక రకాల అప్లికేషన్ సందర్భాలలో చూడవచ్చు.నారో-లైన్‌విడ్త్ లేజర్అవుట్‌పుట్, అతి తక్కువ నిడివి గల అధిక పునరావృత పల్స్ ఉత్పత్తి, ఉన్నత-క్రమ హార్మోనిక్ ఉత్పత్తి, మరియు సోడియం గైడ్ స్టార్ టెక్నాలజీ మొదలైనవి. సాంకేతిక పరిజ్ఞానం అభివృద్ధి చెందుతున్న కొద్దీ, దాని తరంగదైర్ఘ్య సౌలభ్యం కోసం అధిక అవసరాలు ముందుకు వచ్చాయి. ఉదాహరణకు, యాంటీ-ఇంటర్‌ఫియరెన్స్ లిడార్, హోలోగ్రాఫిక్ ఇంటర్‌ఫెరోమెట్రీ, వేవ్‌లెంగ్త్ డివిజన్ మల్టీప్లెక్సింగ్ కమ్యూనికేషన్, మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ లేదా టెరాహెర్ట్జ్ ఉత్పత్తి, మరియు బహుళ-రంగు ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ కాంబ్‌లు వంటి అభివృద్ధి చెందుతున్న రంగాలలో ద్వంద్వ-తరంగదైర్ఘ్య సుసంగత కాంతి వనరులు అత్యంత అధిక అనువర్తన విలువను ప్రదర్శించాయి. సెమీకండక్టర్ డిస్క్ లేజర్‌లలో అధిక-ప్రకాశవంతమైన ద్వంద్వ-రంగు ఉద్గారాన్ని ఎలా సాధించాలి మరియు బహుళ తరంగదైర్ఘ్యాల మధ్య గెయిన్ పోటీని సమర్థవంతంగా ఎలా అణచివేయాలి అనేది ఈ రంగంలో ఎల్లప్పుడూ ఒక పరిశోధనా కష్టంగా ఉంది.

ఇటీవల, రెండు రంగులసెమీకండక్టర్ లేజర్ఈ సవాలును పరిష్కరించడానికి చైనాలోని ఒక బృందం ఒక వినూత్న చిప్ డిజైన్‌ను ప్రతిపాదించింది. లోతైన సంఖ్యా పరిశోధన ద్వారా, ఉష్ణోగ్రతకు సంబంధించిన క్వాంటం వెల్ గెయిన్ ఫిల్టరింగ్ మరియు సెమీకండక్టర్ మైక్రోకావిటీ ఫిల్టరింగ్ ప్రభావాలను కచ్చితంగా నియంత్రించడం ద్వారా డ్యూయల్-కలర్ గెయిన్‌ను అనువుగా నియంత్రించవచ్చని వారు కనుగొన్నారు. దీని ఆధారంగా, ఆ బృందం 960/1000 nm అధిక-ప్రకాశవంతమైన గెయిన్ చిప్‌ను విజయవంతంగా రూపొందించింది. ఈ లేజర్ డిఫ్రాక్షన్ పరిమితికి సమీపంలో ఫండమెంటల్ మోడ్‌లో పనిచేస్తుంది, దీని అవుట్‌పుట్ ప్రకాశం సుమారుగా 310 MW/cm²sr వరకు ఉంటుంది.

సెమీకండక్టర్ డిస్క్ యొక్క గెయిన్ పొర కేవలం కొన్ని మైక్రోమీటర్ల మందంతో ఉంటుంది, మరియు సెమీకండక్టర్-గాలి ఇంటర్‌ఫేస్ మరియు దిగువ డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ బ్రాగ్ రిఫ్లెక్టర్ మధ్య ఒక ఫాబ్రీ-పెరోట్ మైక్రోక్యావిటీ ఏర్పడుతుంది. సెమీకండక్టర్ మైక్రోక్యావిటీని చిప్ యొక్క అంతర్నిర్మిత స్పెక్ట్రల్ ఫిల్టర్‌గా పరిగణించడం క్వాంటం వెల్ యొక్క గెయిన్‌ను మాడ్యులేట్ చేస్తుంది. అదే సమయంలో, మైక్రోక్యావిటీ ఫిల్టరింగ్ ప్రభావం మరియు సెమీకండక్టర్ గెయిన్ వేర్వేరు ఉష్ణోగ్రత డ్రిఫ్ట్ రేట్లను కలిగి ఉంటాయి. ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణతో కలిపి, అవుట్‌పుట్ తరంగదైర్ఘ్యాల స్విచ్చింగ్ మరియు నియంత్రణను సాధించవచ్చు. ఈ లక్షణాల ఆధారంగా, బృందం 300 K ఉష్ణోగ్రత వద్ద క్వాంటం వెల్ యొక్క గెయిన్ పీక్‌ను 950 nm వద్ద లెక్కించి, సెట్ చేసింది, గెయిన్ తరంగదైర్ఘ్యం యొక్క ఉష్ణోగ్రత డ్రిఫ్ట్ రేటు సుమారుగా 0.37 nm/Kగా ఉంది. తదనంతరం, బృందం ట్రాన్స్‌మిషన్ మ్యాట్రిక్స్ పద్ధతిని ఉపయోగించి చిప్ యొక్క లాంగిట్యూడినల్ కన్‌స్ట్రెయింట్ ఫ్యాక్టర్‌ను రూపొందించింది, దీని పీక్ తరంగదైర్ఘ్యాలు వరుసగా సుమారుగా 960 nm మరియు 1000 nmగా ఉన్నాయి. సిమ్యులేషన్‌లలో ఉష్ణోగ్రత డ్రిఫ్ట్ రేటు కేవలం 0.08 nm/Kగా ఉన్నట్లు వెల్లడైంది. ఎపిటాక్సియల్ వృద్ధి కోసం మెటల్-ఆర్గానిక్ కెమికల్ వేపర్ డిపోజిషన్ టెక్నాలజీని ఉపయోగించి, వృద్ధి ప్రక్రియను నిరంతరం ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా, అధిక-నాణ్యత గెయిన్ చిప్‌లను విజయవంతంగా తయారు చేశారు. ఫోటోల్యూమినిసెన్స్ కొలత ఫలితాలు సిమ్యులేషన్ ఫలితాలతో పూర్తిగా సరిపోలుతున్నాయి. ఉష్ణ భారాన్ని తగ్గించడానికి మరియు అధిక-శక్తి ప్రసారాన్ని సాధించడానికి, సెమీకండక్టర్-డైమండ్ చిప్ ప్యాకేజింగ్ ప్రక్రియను మరింత అభివృద్ధి చేశారు.

చిప్ ప్యాకేజింగ్ పూర్తి చేసిన తర్వాత, బృందం దాని లేజర్ పనితీరుపై సమగ్ర అంచనాను నిర్వహించింది. నిరంతర ఆపరేషన్ మోడ్‌లో, పంప్ పవర్ లేదా హీట్ సింక్ ఉష్ణోగ్రతను నియంత్రించడం ద్వారా, ఉద్గార తరంగదైర్ఘ్యాన్ని 960 nm మరియు 1000 nm మధ్య అనువుగా సర్దుబాటు చేయవచ్చు. పంప్ పవర్ ఒక నిర్దిష్ట పరిధిలో ఉన్నప్పుడు, లేజర్ 39.4 nm వరకు తరంగదైర్ఘ్య విరామంతో ద్వంద్వ-తరంగదైర్ఘ్య ఆపరేషన్‌ను కూడా సాధించగలదు. ఈ సమయంలో, గరిష్ట నిరంతర తరంగ శక్తి 3.8 W కు చేరుకుంటుంది. అదే సమయంలో, లేజర్ వివర్తన పరిమితికి సమీపంలో ప్రాథమిక మోడ్‌లో పనిచేస్తుంది, దీని బీమ్ క్వాలిటీ ఫ్యాక్టర్ M² కేవలం 1.1 మరియు ప్రకాశం సుమారుగా 310 MW/cm²sr వరకు ఉంటుంది. బృందం క్వాసీ-కంటిన్యూయస్ వేవ్ పనితీరుపై కూడా పరిశోధన నిర్వహించింది.లేజర్రెసొనెంట్ కావిటీలోకి LiB₃O₅ నాన్-లీనియర్ ఆప్టికల్ క్రిస్టల్‌ను చొప్పించడం ద్వారా సమ్ ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్‌ను విజయవంతంగా గమనించడం జరిగింది, ఇది ద్వంద్వ తరంగదైర్ఘ్యాల సమకాలీకరణను ధృవీకరించింది.

ఈ అద్భుతమైన చిప్ రూపకల్పన ద్వారా, క్వాంటం వెల్ గెయిన్ ఫిల్టరింగ్ మరియు మైక్రోకావిటీ ఫిల్టరింగ్‌ల సేంద్రీయ కలయిక సాధించబడింది, ఇది డ్యూయల్-కలర్ లేజర్ మూలాల ఆవిష్కరణకు రూపకల్పన పునాది వేసింది. పనితీరు సూచికల పరంగా, ఈ సింగిల్-చిప్ డ్యూయల్-కలర్ లేజర్ అధిక ప్రకాశం, అధిక ఫ్లెక్సిబిలిటీ మరియు కచ్చితమైన కోయాక్సియల్ బీమ్ అవుట్‌పుట్‌ను సాధిస్తుంది. సింగిల్-చిప్ డ్యూయల్-కలర్ సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల ప్రస్తుత రంగంలో దీని ప్రకాశం అంతర్జాతీయ అగ్రగామి స్థాయిలో ఉంది. ఆచరణాత్మక అనువర్తనం పరంగా, దీని అధిక ప్రకాశం మరియు డ్యూయల్-కలర్ లక్షణాలను ఉపయోగించుకోవడం ద్వారా, సంక్లిష్ట వాతావరణాలలో మల్టీ-కలర్ లిడార్ యొక్క గుర్తింపు కచ్చితత్వం మరియు యాంటీ-ఇంటర్‌ఫెరెన్స్ సామర్థ్యాన్ని ఇది సమర్థవంతంగా మెరుగుపరుస్తుందని భావిస్తున్నారు. ఆప్టికల్ ఫ్రీక్వెన్సీ కాంబ్స్ రంగంలో, దీని స్థిరమైన డ్యూయల్-వేవ్‌లెంగ్త్ అవుట్‌పుట్, కచ్చితమైన స్పెక్ట్రల్ కొలత మరియు హై-రిజల్యూషన్ ఆప్టికల్ సెన్సింగ్ వంటి అనువర్తనాలకు కీలకమైన మద్దతును అందించగలదు.