Správy z priemyslu

Optický výkon zelených laserov sa výrazne zlepšil

2022-03-30
Laser je považovaný za jeden z najväčších vynálezov ľudstva 20. storočia a jeho vzhľad výrazne podporil pokrok v detekcii, komunikácii, spracovaní, zobrazovaní a iných oblastiach. Polovodičové lasery sú triedou laserov, ktoré dozrievajú skôr a postupujú rýchlejšie. Majú vlastnosti malej veľkosti, vysokej účinnosti, nízkych nákladov a dlhej životnosti, takže sú široko používané. V prvých rokoch položili infračervené lasery založené na systémoch GaAsInP základný kameň informačnej revolúcie. . Gallium nitridový laser (LD) je nový typ optoelektronického zariadenia vyvinutého v posledných rokoch. Laser založený na materiálovom systéme GaN dokáže rozšíriť pracovnú vlnovú dĺžku z pôvodného infračerveného na celé viditeľné spektrum a ultrafialové spektrum. Spracovanie, národná obrana, kvantová komunikácia a ďalšie oblasti ukázali veľké aplikačné vyhliadky.
Princíp generovania lasera spočíva v tom, že svetlo v materiáli s optickým ziskom je zosilnené osciláciou v optickej dutine za vzniku svetla s vysoko konzistentnou fázou, frekvenciou a smerom šírenia. V prípade hrebeňových polovodičových laserov vyžarujúcich okraj môže optická dutina obmedziť svetlo vo všetkých troch priestorových rozmeroch. Obmedzenie pozdĺž smeru výstupu lasera sa dosiahne hlavne štiepením a potiahnutím rezonančnej dutiny. V horizontálnom smere Optické obmedzenie vo vertikálnom smere sa realizuje hlavne použitím ekvivalentného rozdielu indexu lomu vytvoreného tvarom hrebeňa, zatiaľ čo optické obmedzenie vo vertikálnom smere je realizované rozdielom indexu lomu medzi rôznymi materiálmi. Napríklad oblasť zisku 808 nm infračerveného lasera je kvantová studňa GaAs a optická zadržiavacia vrstva je AlGaAs s nízkym indexom lomu. Keďže mriežkové konštanty materiálov GaAs a AlGaAs sú takmer rovnaké, táto štruktúra súčasne nedosahuje optické obmedzenie. Môžu nastať problémy s kvalitou materiálu v dôsledku nesúladu mriežok.
V laseroch na báze GaN sa ako optická zadržiavacia vrstva zvyčajne používa AlGaN s nízkym indexom lomu a ako vlnovodná vrstva (In)GaN s vysokým indexom lomu. Avšak ako sa vlnová dĺžka emisie zvyšuje, rozdiel indexu lomu medzi optickou obmedzujúcou vrstvou a vlnovodovou vrstvou sa kontinuálne zmenšuje, takže zadržiavací efekt optickej obmedzujúcej vrstvy na svetelné pole sa kontinuálne znižuje. Najmä v zelených laseroch takéto štruktúry neboli schopné obmedziť svetelné pole, takže svetlo prenikne do spodnej vrstvy substrátu. V dôsledku existencie dodatočnej vlnovodnej štruktúry vzduch/substrát/optická zadržiavacia vrstva môže byť svetlo preniknuté do substrátu. Vytvorí sa stabilný režim (režim substrátu). Existencia substrátového módu spôsobí, že rozloženie optického poľa vo vertikálnom smere už nebude Gaussovo rozloženie, ale „kalichový lalok“ a zhoršenie kvality lúča nepochybne ovplyvní použitie zariadenia.

Nedávno, na základe výsledkov predchádzajúceho výskumu optickej simulácie (DOI: 10.1364/OE.389880), výskumná skupina Liu Jianpinga z Inštitútu nanotechnológie v Suzhou, Čínska akadémia vied navrhla použiť kvartérny materiál AlInGaN, ktorého mriežková konštanta a index lomu môžu nastaviť súčasne s optickou zadržiavacou vrstvou. Vznik formy substrátu a súvisiace výsledky boli publikované v časopise Fundamental Research, ktorý riadi a sponzoruje Národná nadácia pre prírodné vedy v Číne. Vo výskume experimentátori najprv optimalizovali parametre procesu epitaxného rastu na heteroepitaxiálny rast vysoko kvalitných tenkých vrstiev AlInGaN s morfológiou krokového toku na šablóne GaN / Sapphire. Následne homoepitaxný time-lapse hrubej vrstvy AlInGaN na GaN samonosnom substráte ukazuje, že povrch sa bude javiť ako neusporiadaná morfológia hrebeňa, čo povedie k zvýšeniu drsnosti povrchu, čím sa ovplyvní epitaxiálny rast ostatných laserových štruktúr. Analýzou vzťahu medzi stresom a morfológiou epitaxného rastu výskumníci navrhli, že kompresné napätie nahromadené v hrubej vrstve AlInGaN je hlavným dôvodom takejto morfológie a potvrdili domnienku rastom hrubých vrstiev AlInGaN v rôznych stresových stavoch. Nakoniec aplikovaním optimalizovanej hrubej vrstvy AlInGaN v optickej zadržiavacej vrstve zeleného lasera sa podarilo úspešne potlačiť výskyt substrátového módu (obr. 1).


Obrázok 1. Zelený laser s režimom bez úniku, (α) rozloženie svetelného poľa vo vertikálnom smere vo vzdialenom poli, (b) bodový diagram.

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