Las últimas investigaciones sobre láseres semiconductores de doble color
Los láseres de disco semiconductor (láseres SDL), también conocidos como láseres de emisión superficial de cavidad externa vertical (VECSEL), han atraído mucha atención en los últimos años. Combinan las ventajas de la ganancia de semiconductores y los resonadores de estado sólido. No solo alivian eficazmente la limitación del área de emisión del soporte monomodo para los láseres semiconductores convencionales, sino que también presentan un diseño de banda prohibida de semiconductor flexible y características de alta ganancia de material. Se pueden ver en una amplia gama de escenarios de aplicación, como bajo ruido.láser de ancho de línea estrechosalida, generación de pulsos ultracortos de alta repetición, generación de armónicos de alto orden y tecnología de estrella guía de sodio, etc. Con el avance de la tecnología, se han planteado mayores requisitos para su flexibilidad de longitud de onda. Por ejemplo, las fuentes de luz coherente de doble longitud de onda han demostrado un valor de aplicación extremadamente alto en campos emergentes como lidar antiinterferencias, interferometría holográfica, comunicación por multiplexación por división de longitud de onda, generación de infrarrojo medio o terahercios y peines de frecuencia óptica multicolor. Cómo lograr una emisión de doble color de alto brillo en láseres de disco semiconductores y suprimir eficazmente la competencia de ganancia entre múltiples longitudes de onda siempre ha sido una dificultad de investigación en este campo.
Recientemente, un color bicolorláser semiconductorUn equipo chino ha propuesto un diseño de chip innovador para abordar este desafío. Mediante una investigación numérica exhaustiva, descubrieron que la regulación precisa del filtrado de ganancia del pozo cuántico, dependiente de la temperatura, y de los efectos de filtrado de la microcavidad semiconductora permiten un control flexible de la ganancia de doble color. Con base en esto, el equipo diseñó con éxito un chip de alta ganancia de 960/1000 nm. Este láser opera en modo fundamental cerca del límite de difracción, con un brillo de salida de aproximadamente 310 MW/cm²sr.
La capa de ganancia del disco semiconductor tiene solo unos pocos micrómetros de espesor, y se forma una microcavidad Fabry-Perot entre la interfaz semiconductor-aire y el reflector Bragg distribuido inferior. Al tratar la microcavidad semiconductora como el filtro espectral integrado del chip, se modula la ganancia del pozo cuántico. Sin embargo, el efecto de filtrado de la microcavidad y la ganancia del semiconductor presentan diferentes tasas de deriva térmica. Combinando esto con el control de temperatura, se puede lograr la conmutación y regulación de las longitudes de onda de salida. Basándose en estas características, el equipo calculó y estableció el pico de ganancia del pozo cuántico en 950 nm a 300 K, con una tasa de deriva térmica de la longitud de onda de ganancia de aproximadamente 0,37 nm/K. Posteriormente, el equipo diseñó el factor de restricción longitudinal del chip utilizando el método de la matriz de transmisión, con longitudes de onda pico de aproximadamente 960 nm y 1000 nm, respectivamente. Las simulaciones revelaron que la tasa de deriva térmica era de solo 0,08 nm/K. Mediante la tecnología de deposición química de vapor metalorgánico para el crecimiento epitaxial y la optimización continua del proceso de crecimiento, se fabricaron con éxito chips de alta calidad. Los resultados de las mediciones de fotoluminiscencia coinciden plenamente con los resultados de la simulación. Para mitigar la carga térmica y lograr una alta transmisión de potencia, se ha perfeccionado el proceso de encapsulado de chips semiconductores con diamante.
Tras completar el encapsulado del chip, el equipo llevó a cabo una evaluación exhaustiva del rendimiento del láser. En modo de funcionamiento continuo, controlando la potencia de bombeo o la temperatura del disipador de calor, la longitud de onda de emisión se puede ajustar de forma flexible entre 960 nm y 1000 nm. Cuando la potencia de bombeo se encuentra dentro de un rango específico, el láser también puede alcanzar un funcionamiento de doble longitud de onda, con un intervalo de longitud de onda de hasta 39,4 nm. En este caso, la potencia máxima de onda continua alcanza los 3,8 W. Mientras tanto, el láser opera en modo fundamental cerca del límite de difracción, con un factor de calidad del haz M² de solo 1,1 y un brillo tan alto como aproximadamente 310 MW/cm²sr. El equipo también llevó a cabo una investigación sobre el rendimiento de onda cuasicontinua delláserLa señal de frecuencia suma se observó con éxito al insertar el cristal óptico no lineal LiB₃O₅ en la cavidad resonante, lo que confirma la sincronización de las dos longitudes de onda.
Mediante este ingenioso diseño de chip, se ha logrado la combinación orgánica de filtrado de ganancia de pozo cuántico y filtrado de microcavidad, sentando las bases para la realización de fuentes láser de doble color. En cuanto a indicadores de rendimiento, este láser de doble color de un solo chip alcanza un alto brillo, gran flexibilidad y una salida de haz coaxial precisa. Su brillo se sitúa a la vanguardia internacional en el campo actual de los láseres semiconductores de doble color de un solo chip. En términos de aplicación práctica, se espera que este logro mejore eficazmente la precisión de detección y la capacidad antiinterferencias del lidar multicolor en entornos complejos, aprovechando su alto brillo y sus características de doble color. En el campo de los peines de frecuencia óptica, su salida estable de doble longitud de onda puede proporcionar un soporte crucial para aplicaciones como la medición espectral precisa y la detección óptica de alta resolución.
Fecha de publicación: 23 de septiembre de 2025