Novinky z oboru

Optický výkon zelených laserů je výrazně vylepšen

2022-03-30
Laser je považován za jeden z největších vynálezů lidstva ve dvacátém století a jeho podoba silně podpořila pokrok v oblasti detekce, komunikace, zpracování, zobrazování a dalších oborů. Polovodičové lasery jsou třídou laserů, které dozrávají dříve a postupují rychleji. Vyznačují se malými rozměry, vysokou účinností, nízkou cenou a dlouhou životností, takže jsou široce používány. V prvních letech položily infračervené lasery založené na systémech GaAsInP základní kámen informační revoluce. . Gallium nitridový laser (LD) je nový typ optoelektronického zařízení vyvinutého v posledních letech. Laser založený na materiálovém systému GaN dokáže rozšířit pracovní vlnovou délku z původního infračerveného na celé viditelné spektrum a ultrafialové spektrum. Zpracování, národní obrana, kvantová komunikace a další obory ukázaly skvělé vyhlídky na uplatnění.
Princip generování laseru spočívá v tom, že světlo v materiálu optického zesílení je zesíleno oscilací v optické dutině za vzniku světla s vysoce konzistentní fází, frekvencí a směrem šíření. U hřebenových polovodičových laserů vyzařujících hrany může optická dutina omezit světlo ve všech třech prostorových rozměrech. Uzavření podél výstupního směru laseru se dosahuje hlavně rozštěpením a potažením rezonanční dutiny. V horizontálním směru Optické omezení ve vertikálním směru je realizováno především použitím ekvivalentního rozdílu indexu lomu tvořeného tvarem hřebene, zatímco optické omezení ve vertikálním směru je realizováno rozdílem indexu lomu mezi různými materiály. Například oblast zisku infračerveného laseru 808 nm je kvantová studna GaAs a optická zadržovací vrstva je AlGaAs s nízkým indexem lomu. Protože mřížkové konstanty materiálů GaAs a AlGaAs jsou téměř stejné, nedosahuje tato struktura současně optického omezení. Mohou nastat problémy s kvalitou materiálu v důsledku nesouladu mřížky.
V laserech na bázi GaN se jako optická zadržovací vrstva obvykle používá AlGaN s nízkým indexem lomu a jako vlnovodná vrstva (In)GaN s vysokým indexem lomu. Jak se však emisní vlnová délka zvětšuje, rozdíl indexu lomu mezi optickou zadržovací vrstvou a vlnovodovou vrstvou se kontinuálně zmenšuje, takže zadržovací efekt optické zadržovací vrstvy na světelné pole nepřetržitě klesá. Zejména v zelených laserech nebyly takové struktury schopny omezit světelné pole, takže světlo proniká do podkladové vrstvy substrátu. Díky existenci dodatečné vlnovodné struktury vzduch/substrát/optická zadržovací vrstva může být světlo unikající do substrátu. Vytvoří se stabilní režim (režim substrátu). Existence substrátového módu způsobí, že rozložení optického pole ve vertikálním směru již nebude Gaussovo rozložení, ale „kalichový lalok“ a zhoršení kvality paprsku nepochybně ovlivní použití zařízení.

Nedávno, na základě výsledků předchozího výzkumu optické simulace (DOI: 10.1364/OE.389880), výzkumná skupina Liu Jianpinga z Suzhou Institute of Nanotechnology, Čínská akademie věd navrhla použít kvartérní materiál AlInGaN, jehož mřížková konstanta a index lomu mohou být upraveny současně s optickou zadržovací vrstvou. Vznik formy substrátu, související výsledky byly publikovány v časopise Fundamental Research, který řídí a sponzoruje National Natural Science Foundation of China. Ve výzkumu experimentátoři nejprve optimalizovali parametry procesu epitaxního růstu pro heteroepitaxiální růst vysoce kvalitních tenkých vrstev AlInGaN se stupňovitou morfologií toku na templátu GaN/Sapphire. Následně homoepitaxní time-lapse tlusté vrstvy AlInGaN na GaN samonosném substrátu ukazuje, že povrch se bude jevit neuspořádanou morfologií hřebene, což povede ke zvýšení drsnosti povrchu a tím ovlivnění epitaxního růstu dalších laserových struktur. Analýzou vztahu mezi napětím a morfologií epitaxního růstu vědci navrhli, že tlakové napětí nahromaděné v tlusté vrstvě AlInGaN je hlavním důvodem takové morfologie, a potvrdili domněnku rostoucími tlustými vrstvami AlInGaN v různých stavech napětí. Aplikací optimalizované tlusté vrstvy AlInGaN v optické zadržovací vrstvě zeleného laseru se nakonec podařilo potlačit výskyt substrátového módu (obr. 1).


Obrázek 1. Zelený laser bez režimu úniku, (α) rozložení světelného pole ve svislém směru ve vzdáleném 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