Công nghiệp Tin tức

Hiệu suất quang học của laser xanh được cải thiện rất nhiều

2022-03-30
Laser được coi là một trong những phát minh vĩ đại nhất của nhân loại trong thế kỷ XX, và sự xuất hiện của nó đã thúc đẩy mạnh mẽ tiến trình phát hiện, truyền thông, xử lý, hiển thị và các lĩnh vực khác. Laser bán dẫn là một loại laser trưởng thành sớm hơn và phát triển nhanh hơn. Chúng có đặc điểm kích thước nhỏ, hiệu quả cao, chi phí thấp và tuổi thọ cao nên được sử dụng rộng rãi. Trong những năm đầu tiên, laser hồng ngoại dựa trên hệ thống GaAsInP đã đặt nền móng cho cuộc cách mạng thông tin. . Laser gallium nitride (LD) là một loại thiết bị quang điện tử mới được phát triển trong những năm gần đây. Tia laser dựa trên hệ thống vật liệu GaN có thể mở rộng bước sóng làm việc từ tia hồng ngoại ban đầu đến toàn bộ quang phổ nhìn thấy được và quang phổ tử ngoại. Xử lý, quốc phòng, truyền thông lượng tử và các lĩnh vực khác đã cho thấy triển vọng ứng dụng tuyệt vời.
Nguyên tắc tạo ra laser là ánh sáng trong vật liệu khuếch đại quang được khuếch đại bởi dao động trong khoang quang để tạo thành ánh sáng có pha, tần số và hướng truyền rất nhất quán. Đối với laser bán dẫn kiểu đường vân phát ra cạnh, hộp quang học có thể hạn chế ánh sáng trong cả ba chiều không gian. Sự giam cầm dọc theo hướng phát ra laser chủ yếu đạt được bằng cách tách và phủ khoang cộng hưởng. Theo hướng ngang Sự giam cầm quang học theo hướng dọc chủ yếu được thực hiện bằng cách sử dụng chênh lệch chiết suất tương đương được hình thành bởi hình dạng sườn núi, trong khi sự giam cầm quang học theo hướng dọc được thực hiện bằng chênh lệch chiết suất giữa các vật liệu khác nhau. Ví dụ, vùng khuếch đại của laser hồng ngoại 808 nm là giếng lượng tử GaAs và lớp giam cầm quang học là AlGaAs có chiết suất thấp. Do các hằng số mạng của vật liệu GaAs và AlGaAs gần như giống nhau nên cấu trúc này không đạt được sự giam cầm quang học cùng một lúc. Các vấn đề về chất lượng vật liệu do mạng không khớp có thể phát sinh.
Trong laser dựa trên GaN, AlGaN có chỉ số khúc xạ thấp thường được sử dụng làm lớp giam giữ quang học và (In)GaN có chỉ số khúc xạ cao được sử dụng làm lớp dẫn sóng. Tuy nhiên, khi bước sóng phát xạ tăng lên, chênh lệch chỉ số khúc xạ giữa lớp giam cầm quang học và lớp ống dẫn sóng giảm liên tục, do đó hiệu ứng giam cầm của lớp giam cầm quang học trên trường ánh sáng giảm liên tục. Đặc biệt là trong laser xanh lục, những cấu trúc như vậy không thể hạn chế trường ánh sáng, do đó ánh sáng sẽ rò rỉ vào lớp chất nền bên dưới. Do sự tồn tại của cấu trúc ống dẫn sóng bổ sung của lớp giam giữ không khí/chất nền/quang học, ánh sáng rò rỉ vào chất nền có thể được hình thành Chế độ ổn định (chế độ chất nền). Sự tồn tại của chế độ chất nền sẽ khiến phân bố trường quang theo hướng thẳng đứng không còn là phân bố Gaussian nữa mà là "thùy đài hoa" và sự suy giảm chất lượng chùm tia chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến việc sử dụng thiết bị.

Gần đây, dựa trên kết quả nghiên cứu mô phỏng quang học trước đây (DOI: 10.1364/OE.389880), nhóm nghiên cứu của Liu Jianping từ Viện Công nghệ nano Tô Châu, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã đề xuất sử dụng vật liệu bậc bốn AlInGaN có hằng số mạng và chiết suất có thể được điều chỉnh cùng lúc với lớp giam cầm quang học. Sự xuất hiện của khuôn chất nền, các kết quả liên quan đã được công bố trên tạp chí Nghiên cứu Cơ bản, được chỉ đạo và tài trợ bởi Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc. Trong nghiên cứu này, trước tiên, những người thử nghiệm đã tối ưu hóa các tham số của quá trình tăng trưởng epiticular để phát triển không đồng trục các lớp mỏng AlInGaN chất lượng cao với hình thái dòng chảy bậc thang trên mẫu GaN/Sapphire. Sau đó, thời gian trôi đi đồng trục của lớp dày AlInGaN trên đế tự hỗ trợ GaN cho thấy bề mặt sẽ xuất hiện hình thái sườn núi bị rối loạn, điều này sẽ dẫn đến sự gia tăng độ nhám bề mặt, do đó ảnh hưởng đến sự phát triển của các cấu trúc laser khác. Bằng cách phân tích mối quan hệ giữa ứng suất và hình thái của sự phát triển ngoại trục, các nhà nghiên cứu đã đề xuất rằng ứng suất nén tích lũy trong lớp dày AlInGaN là nguyên nhân chính dẫn đến hình thái như vậy và đã xác nhận phỏng đoán bằng cách phát triển các lớp dày AlInGaN ở các trạng thái ứng suất khác nhau. Cuối cùng, bằng cách áp dụng lớp dày AlInGaN được tối ưu hóa trong lớp giam cầm quang học của tia laser xanh lục, sự xuất hiện của chế độ cơ chất đã được loại bỏ thành công (Hình 1).


Hình 1. Tia laze xanh lục không có chế độ rò rỉ, (α) phân bố trường ánh sáng xa theo hướng thẳng đứng, (b) sơ đồ điểm.

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