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 los semiconductores y los resonadores de estado sólido. No solo alivian eficazmente la limitación del área de emisión del soporte monomodo de los láseres semiconductores convencionales, sino que también presentan un diseño flexible de la banda prohibida del semiconductor y características de alta ganancia del material. Se pueden encontrar en una amplia gama de escenarios de aplicación, como la generación de bajo ruido.láser de línea espectral estrechaLa tecnología de láseres de disco semiconductores abarca aplicaciones como la generación de pulsos ultracortos de alta repetición, la generación de armónicos de alto orden y la tecnología de estrellas guía de sodio, entre otras. Con el avance de la tecnología, se han planteado mayores exigencias en cuanto a su flexibilidad de longitud de onda. Por ejemplo, las fuentes de luz coherentes de doble longitud de onda han demostrado un valor de aplicación extremadamente alto en campos emergentes como el lidar antiinterferencias, la interferometría holográfica, la comunicación por multiplexación por división de longitud de onda, la generación de infrarrojo medio o terahercios y los peines de frecuencia óptica multicolor. Lograr una emisión de doble color de alta luminosidad en láseres de disco semiconductores y suprimir eficazmente la competencia de ganancia entre múltiples longitudes de onda siempre ha sido un desafío para la investigación en este campo.
Recientemente, un color dualláser semiconductorUn equipo en China ha propuesto un diseño de chip innovador para abordar este desafío. Mediante una investigación numérica exhaustiva, descubrieron que la regulación precisa de los efectos de filtrado de ganancia de pozos cuánticos y microcavidades semiconductoras, relacionados con la temperatura, permite un control flexible de la ganancia de doble color. Con base en esto, el equipo diseñó con éxito un chip de ganancia de alta luminosidad de 960/1000 nm. Este láser opera en modo fundamental cerca del límite de difracción, con una luminosidad 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 considerar 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. Con base en estas características, el equipo calculó y estableció el pico de ganancia del pozo cuántico en 950 nm a una temperatura de 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 tan solo 0,08 nm/K. Mediante la deposición química de vapor metalorgánica para el crecimiento epitaxial y la optimización continua del proceso, se fabricaron con éxito chips de alta ganancia. Los resultados de las mediciones de fotoluminiscencia concuerdan plenamente con los resultados de la simulación. Para mitigar la carga térmica y lograr una transmisión de alta potencia, se ha perfeccionado el proceso de encapsulado de chips semiconductores con diamante.
Tras completar el encapsulado del chip, el equipo realizó una evaluación exhaustiva del rendimiento del láser. En modo de operación continua, mediante el control de 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 operar en doble longitud de onda, con un intervalo de hasta 39,4 nm. En estas condiciones, la potencia máxima en onda continua alcanza los 3,8 W. Asimismo, el láser opera en modo fundamental cerca del límite de difracción, con un factor de calidad del haz M² de tan solo 1,1 y una luminosidad de aproximadamente 310 MW/cm²sr. El equipo también investigó el rendimiento en onda cuasicontinua del láser.láserLa señal de frecuencia suma se observó con éxito al insertar el cristal óptico no lineal LiB₃O₅ en la cavidad resonante, lo que confirmó la sincronización de las longitudes de onda duales.
Fecha de publicación: 23 de septiembre de 2025