Ny enkeltmodus halvlederlaser opprettet: Samtidig høy effekt og størrelsesskalering
Forskere ved University of California, Berkeley (UC Berkeley) utviklet nylig en ny type halvlederlaser kalt BerkSEL. Resultatene ble publisert i tidsskriftet Nature 29. juni.
Skjematisk av Berkley Surface Emission Laser (BerkSEL), med pumpestrålen i blått og laserstrålen i rødt.
Samtidig å øke størrelsen og kraften til enkeltmoduslasere har vært en utfordring innen optikk siden den første laseren ble bygget i 1960. Og dette arbeidet viser at størrelsen ikke trenger å gå på bekostning av koherens, noe som gjør at lasere kan være kraftigere og stabil og dekker lengre avstander i mange bruksområder.
Et team av forskere ledet av Boubacar Kanté, førsteamanuensis ved Institutt for elektroteknikk og informatikk (EECS) ved University of California, Berkeley, og forskere ved Materials Science Division ved Lawrence Berkeley National Laboratory har demonstrert en halvlederfilm med jevnt avstandsplasserte og identisk størrelse hullperforeringer som kan fungere som et skalerbart laserhulrom. Resultatene viser at laserstrålen sender ut en konsistent enkelt bølgelengde uavhengig av størrelsen på dette laserhulrommet.
I konvensjonelle lasere begynner koherent retningslys med en bølgelengde å bryte opp når laserhulrommet øker i størrelse. Standardløsningen er å bruke en ekstern mekanisme som en bølgeleder for å forsterke strålen, men dette tar mye plass. Ved å eliminere behovet for ekstern forsterkning kan forskere nå redusere størrelsen og øke effektiviteten til databrikker og andre laseravhengige komponenter.
Dette arbeidet er spesielt relevant for vertikal hulroms overflateemitterende laser (VCSEL) teknologi. I VCSELS sendes lys ut vertikalt fra toppen av brikken. VCSEL-ene er vanligvis bare noen få mikron brede, og den nåværende strategien som brukes for å øke kraften deres er å gruppere hundrevis av individuelle VCSEL-er sammen. Fordi laserne er uavhengige, har de forskjellige faser og bølgelengder, så kreftene deres kombineres ikke sammenhengende – noe som er akseptabelt i applikasjoner som ansiktsgjenkjenning, men helt ubrukelig i applikasjoner hvor nøyaktighet er kritisk, som kommunikasjon eller kirurgi.
"BerkSEL"-laserdesignet utviklet ved UC Berkeley gjør mer effektiv enkeltmodus-lysutslipp mulig, hovedsakelig basert på de fysiske egenskapene til lys som passerer gjennom hull i tynne filmer. Filmen de utviklet er en 200-nm-tykk indiumgalliumarsenidfosfid (en halvleder som vanligvis brukes i fiberoptikk og telekommunikasjonsteknologi). Forskerne legger merke til at disse vanlige hullene er etset ved fotolitografi og må ha en fast størrelse, form og avstand – de er i stand til å fungere som Dirac-punkter, et topologisk trekk ved todimensjonale materialer basert på lineær spredning av energi.
Videre, siden fasen av lys som forplanter seg fra ett punkt til et annet er lik brytningsindeksen multiplisert med avstanden tilbakelagt. Siden brytningsindeksen er null ved Dirac-punktet, er lyset som sendes ut fra forskjellige deler av halvlederen i nøyaktig samme fase og er derfor optisk identisk. Walid Redjem, medforfatter av studien og en EECS-postdoktor, sa: "Filmen i vår studie har omtrent 3,000 hull, men teoretisk sett kan den ha en million eller en milliard hull og resultatet ville vært det samme."
Forskerne bruker nå en høyenergi pulserende laser for å optisk pumpe og drive BerkSEL-enheten og måle emisjonen fra hver blenderåpning ved hjelp av et konfokalt mikroskop optimert for nær-infrarød spektroskopi. Ved å justere designspesifikasjoner som blenderstørrelse og halvledermateriale, kan "BerkSELs" halvlederlasere sende ut ved forskjellige målbølgelengder.
Hvis du vil vite mer informasjon om MRJ-Laser, vennligst besøk:
Laserrensemaskin:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleaning-machine/
Lasermerkingsmaskin:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Lasersveisemaskin:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
