閱讀 | 訂閱
閱讀 | 訂閱
今日要聞

科學(xué)家發(fā)明了拓?fù)淝槐砻姘l(fā)射激光器

來(lái)源:江蘇激光聯(lián)盟2022-05-20 我要評(píng)論(0 )   

半導(dǎo)體激光器由于其緊湊的尺寸,高效率,低成本和寬光譜,是使用最廣泛的激光器。但它們的輸出功率低,光束質(zhì)量低,這兩種規(guī)格很難同時(shí)改進(jìn)。例如,雖然較大的腔體會(huì)增...

半導(dǎo)體激光器由于其緊湊的尺寸,高效率,低成本和寬光譜,是使用最廣泛的激光器。但它們的輸出功率低,光束質(zhì)量低,這兩種規(guī)格很難同時(shí)改進(jìn)。例如,雖然較大的腔體會(huì)增加功率,但它支持更多的激光模式,從而降低光束質(zhì)量。

TCSEL與主流商用單模半導(dǎo)體激光器的比較.圖片來(lái)源:Institute of Physics

此前,中國(guó)科學(xué)院物理研究所的L01小組在Lu Ling教授的帶領(lǐng)下演示了狄拉克渦旋拓?fù)淝?。它提供了最大面積的最佳單模選擇。這種腔設(shè)計(jì)旨在克服半導(dǎo)體激光器的上述瓶頸,同時(shí)提高輸出功率和光束質(zhì)量。

最近,同一團(tuán)隊(duì)將他們的拓?fù)淝粦?yīng)用于表面發(fā)射激光器,并發(fā)明了拓?fù)淝槐砻姘l(fā)射激光器(TCSEL),其性能可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)商業(yè)同行。

TCSEL采用耦合波理論建模。

根據(jù)他們?cè)凇蹲匀还庾訉W(xué)》上發(fā)表的報(bào)告,TCSEL具有10 W峰值功率、亞度光束發(fā)散、60 dB邊模抑制比和二維(2D)多波長(zhǎng)陣列,激光功率為1550nm,這是最重要的通信和眼睛安全波長(zhǎng)。它還可以在任何其他波長(zhǎng)范圍內(nèi)工作,并有望用于多種應(yīng)用,包括用于人臉識(shí)別、自動(dòng)駕駛和虛擬現(xiàn)實(shí)的激光雷達(dá)。

研究人員將TCSEL與單模半導(dǎo)體激光器的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行了比較。用于互聯(lián)網(wǎng)通信的分布式反饋(DFB)邊緣發(fā)射激光器以及支持手機(jī)面部識(shí)別的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)都在其優(yōu)化的1D諧振器設(shè)計(jì)中采用中間隙模式。TCSEL通過(guò)實(shí)現(xiàn)拓?fù)渲虚g間隙模式的2D版本繼續(xù)這一成功之路,該模式更適合半導(dǎo)體芯片上的平面工藝。

TCSEL性能。

大面積單模是TCSEL的一個(gè)獨(dú)特特性,它可以改善(>10 W)和光束發(fā)散(<1°)。相比之下,商用DFB的輸出一般在幾十mW左右,單個(gè)VCSEL的輸出只有幾mW;表面發(fā)射的典型發(fā)散角為20°,邊緣發(fā)射器的光束通常較差。

根據(jù)光學(xué)顯微鏡和直徑為500μm的掃描電子顯微鏡圖像,可以清楚地看到狄拉克渦旋腔的標(biāo)志性渦旋結(jié)構(gòu)。TCSEL的遠(yuǎn)場(chǎng)是徑向極化的矢量光束。重要的是,在沒(méi)有準(zhǔn)直透鏡的情況下,TCSEL的這種窄發(fā)散角(小于1°)可以降低系統(tǒng)的尺寸、復(fù)雜性和成本,如3D傳感系統(tǒng)。

此外,波長(zhǎng)靈活性是TCSEL的另一個(gè)獨(dú)特功能,例如能夠?qū)崿F(xiàn)單片2D多波長(zhǎng)陣列。相比之下,VCSEL通常缺乏波長(zhǎng)可調(diào)諧性,因?yàn)闆Q定激光波長(zhǎng)的垂直腔是外延生長(zhǎng)的。DFB激光器雖然可以調(diào)節(jié)波長(zhǎng),但只能實(shí)現(xiàn)一維多波長(zhǎng)陣列的邊緣發(fā)射。

TCSEL 性能和陣列。圖片來(lái)源:Institute of Physics

相比之下,TCSEL的波長(zhǎng)可以在平面制造過(guò)程中任意調(diào)整。在圖2中(右),通過(guò)改變晶格常數(shù),相應(yīng)的激光波長(zhǎng)在1512 nm到1616 nm之間線性變化。2D陣列中的每臺(tái)激光器在單模下穩(wěn)定工作,邊模抑制比大于50dB。2D多波長(zhǎng)TCSEL陣列可以潛在地增強(qiáng)波分復(fù)用技術(shù),用于大容量信號(hào)傳輸和多光譜傳感應(yīng)用。

自從量子霍爾效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來(lái),拓?fù)湮锢韺W(xué)一直是基礎(chǔ)研究的焦點(diǎn),并獲得了三項(xiàng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)(1985年、1998年、2016年)。雖然拓?fù)浞€(wěn)健性可以顯著提高設(shè)備的穩(wěn)定性和規(guī)格,但拓?fù)湮锢淼膽?yīng)用仍然很難實(shí)現(xiàn)。TCSEL可以帶來(lái)不同。

多波長(zhǎng)2D TCSEL陣列。

來(lái)源:Topological-cavity surface-emitting laser, Nature Photonics (2022).DOI: 10.1038/s41566-022-00972-6


轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

科學(xué)家激光器
免責(zé)聲明

① 凡本網(wǎng)未注明其他出處的作品,版權(quán)均屬于激光制造網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用。獲本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使 用,并注明"來(lái)源:激光制造網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)責(zé)任。
② 凡本網(wǎng)注明其他來(lái)源的作品及圖片,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本媒贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。
③ 任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)內(nèi)容可能涉嫌侵犯其合法權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)向本網(wǎng)提出書(shū)面權(quán)利通知,并提供身份證明、權(quán)屬證明、具體鏈接(URL)及詳細(xì)侵權(quán)情況證明。本網(wǎng)在收到上述法律文件后,將會(huì)依法盡快移除相關(guān)涉嫌侵權(quán)的內(nèi)容。

網(wǎng)友點(diǎn)評(píng)
0相關(guān)評(píng)論
精彩導(dǎo)讀