Tööstusuudised

Roheliste laserite optiline jõudlus on oluliselt paranenud

2022-03-30
Laserit peetakse üheks inimkonna suurimaks leiutiseks kahekümnendal sajandil ning selle välimus on tugevalt edendanud tuvastamise, side, töötlemise, kuvamise ja muude valdkondade arengut. Pooljuhtlaserid on laserite klass, mis valmivad varem ja arenevad kiiremini. Neil on väikesed mõõtmed, kõrge efektiivsus, madal hind ja pikk kasutusiga, mistõttu neid kasutatakse laialdaselt. Algusaastatel panid GaAsInP süsteemidel põhinevad infrapunalaserid inforevolutsiooni nurgakivi. . Galliumnitriidlaser (LD) on viimastel aastatel välja töötatud uut tüüpi optoelektrooniline seade. GaN materjalisüsteemil põhinev laser võib laiendada töölainepikkust algsest infrapunast kogu nähtavale ja ultraviolettspektrile. Töötlemine, riigikaitse, kvantkommunikatsioon ja muud valdkonnad on näidanud suuri rakendusväljavaateid.
Laseri genereerimise põhimõte seisneb selles, et optilise võimendusmaterjali valgust võimendatakse optilise õõnsuse võnkumisel, et moodustada väga ühtse faasi, sageduse ja levimissuunaga valgus. Serva kiirgavate ridge-tüüpi pooljuhtlaserite puhul võib optiline õõnsus piirata valgust kõigis kolmes ruumimõõtmes. Laseri väljundsuuna piiramine saavutatakse peamiselt resonantsõõnsuse lõhustamise ja katmisega. Horisontaalses suunas Optiline piiramine vertikaalsuunas realiseeritakse peamiselt harja kujuga moodustatud ekvivalentse murdumisnäitaja erinevuse abil, vertikaalsuunas optiline piiramine aga erinevate materjalide murdumisnäitaja erinevuse abil. Näiteks 808 nm infrapunalaseri võimenduspiirkond on GaAs kvantkaev ja optiline piirdekiht on madala murdumisnäitajaga AlGaAs. Kuna GaAs ja AlGaAs materjalide võrekonstandid on peaaegu samad, ei saavuta see struktuur samal ajal optilist piiratust. Võre mittevastavuse tõttu võib tekkida probleeme materjali kvaliteediga.
GaN-põhistes laserites kasutatakse madala murdumisnäitajaga AlGaN-i tavaliselt optilise sulgemiskihina ja kõrge murdumisnäitajaga (In)GaN-i kasutatakse lainejuhikihina. Emissiooni lainepikkuse kasvades aga optilise piirava kihi ja lainejuhikihi vaheline murdumisnäitaja vahe pidevalt väheneb, nii et optilise piiramiskihi piirav mõju valgusväljale väheneb pidevalt. Eriti roheliste laserite puhul ei ole sellised struktuurid suutnud valgusvälja piirata, nii et valgus lekib aluspinna kihti. Õhk/põhimik/optilise tõkestuse kihi täiendava lainejuhtstruktuuri olemasolu tõttu võib aluspinnale lekkiv valgus olla Moodustub stabiilne režiim (substraadirežiim). Substraadirežiimi olemasolu põhjustab optilise välja jaotuse vertikaalsuunas mitte enam Gaussi jaotuse, vaid "tupplehe" ja kiire kvaliteedi halvenemine mõjutab kahtlemata seadme kasutamist.

Hiljuti tegi Hiina Teaduste Akadeemia Suzhou nanotehnoloogia instituudi Liu Jianpingi uurimisrühm varasemate optilise simulatsiooni uuringute (DOI: 10.1364/OE.389880) tulemuste põhjal ettepaneku kasutada AlInGaN kvaternaarset materjali, mille võre konstant ja murdumisnäitaja suudavad reguleerida samaaegselt optilise piiramiskihiga. Substraadi hallituse teke ja sellega seotud tulemused avaldati ajakirjas Fundamental Research, mida juhib ja sponsoreerib Hiina riiklik loodusteaduste sihtasutus. Uuringus optimeerisid katsetajad esmalt epitaksiaalse kasvu protsessi parameetreid, et kasvatada GaN / Sapphire mallil heteroepitaksiaalselt kvaliteetseid AlInGaN õhukesi kihte astmelise voolu morfoloogiaga. Seejärel näitab AlInGaN paksu kihi homoepitaksiaalne aeglustumine GaN-i isekandval substraadil, et pind näib olevat ebaühtlane harja morfoloogia, mis põhjustab pinna kareduse suurenemist, mõjutades seega teiste laserstruktuuride epitaksiaalset kasvu. Analüüsides stressi ja epitaksiaalse kasvu morfoloogia vahelist seost, tegid teadlased ettepaneku, et AlInGaN paksus kihis kogunenud survepinge on sellise morfoloogia peamine põhjus, ja kinnitasid oletust, kasvatades AlInGaN paksusid kihte erinevates pingeseisundites. Lõpuks, rakendades optimeeritud AlInGaN paksu kihi rohelise laseri optilisse sulgemiskihti, suleti substraadi režiimi esinemine edukalt (joonis 1).


Joonis 1. Lekkerežiimita roheline laser, (α) valgusvälja kaugjaotus vertikaalsuunas, (b) punktidiagramm.

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