Өнеркәсіп жаңалықтары

Жасыл лазерлердің оптикалық өнімділігі айтарлықтай жақсарды

2022-03-30
Лазер ХХ ғасырдағы адамзаттың ең ұлы өнертабыстарының бірі болып саналады және оның пайда болуы анықтау, байланыс, өңдеу, көрсету және басқа да салалардағы прогресске күшті ықпал етті. Жартылай өткізгішті лазерлер - ерте жетілетін және тезірек дамитын лазерлер класы. Олар шағын өлшемді, жоғары тиімділік, арзан баға және ұзақ қызмет ету сипаттамаларына ие, сондықтан олар кеңінен қолданылады. Алғашқы жылдары GaAsInP жүйелеріне негізделген инфрақызыл лазерлер ақпараттық революцияның негізін қалады. . Галлий нитридті лазер (LD) - соңғы жылдары жасалған оптоэлектрондық құрылғының жаңа түрі. GaN материал жүйесіне негізделген лазер жұмыс толқын ұзындығын бастапқы инфрақызылдан бүкіл көрінетін спектрге және ультракүлгін спектрге дейін кеңейте алады. Өңдеу, ұлттық қорғаныс, кванттық байланыс және басқа салалар қолданудың үлкен перспективаларын көрсетті.
Лазерді генерациялау принципі мынада: оптикалық күшейту материалындағы жарық оптикалық қуыста тербеліс арқылы күшейтіліп, фазасы, жиілігі және таралу бағыты жоғары сәйкес келетін жарық түзеді. Шетін шығаратын жоталы типті жартылай өткізгіш лазерлер үшін оптикалық қуыс барлық үш кеңістіктік өлшемдегі жарықты шектей алады. Лазердің шығу бағыты бойынша шектеу негізінен резонанстық қуысты кесу және жабу арқылы жүзеге асырылады. Көлденең бағытта Тік бағыттағы оптикалық шектеу негізінен жотаның пішіні арқылы түзілетін эквивалентті сыну көрсеткішінің айырмашылығын пайдалану арқылы жүзеге асырылады, ал тік бағытта оптикалық шектеу әртүрлі материалдар арасындағы сыну көрсеткішінің айырмашылығы арқылы жүзеге асырылады. Мысалы, 808 нм инфрақызыл лазердің күшейту аймағы GaAs кванттық ұңғымасы, ал оптикалық оқшаулау қабаты төмен сыну көрсеткіші бар AlGaAs болып табылады. GaAs және AlGaAs материалдарының тор константалары дерлік бірдей болғандықтан, бұл құрылым бір уақытта оптикалық шектеуге жете алмайды. Торлардың сәйкес келмеуіне байланысты материал сапасына қатысты мәселелер туындауы мүмкін.
GaN негізіндегі лазерлерде сыну көрсеткіші төмен AlGaN әдетте оптикалық оқшаулау қабаты ретінде пайдаланылады, ал толқын өткізгіш қабат ретінде жоғары сыну көрсеткіші бар (In)GaN қолданылады. Дегенмен, сәуле шығару толқынының ұзындығы ұлғайған сайын, оптикалық оқшаулау қабаты мен толқын өткізгіш қабат арасындағы сыну көрсеткішінің айырмашылығы үздіксіз азаяды, осылайша оптикалық оқшаулау қабатының жарық өрісіне шектеу әсері үздіксіз төмендейді. Әсіресе жасыл лазерлерде мұндай құрылымдар жарық өрісін шектей алмады, сондықтан жарық астындағы субстрат қабатына ағып кетеді. Ауа/субстрат/оптикалық оқшаулау қабатының қосымша толқын өткізгіш құрылымының болуына байланысты субстратқа ағып түсетін жарық тұрақты режим (субстрат режимі) қалыптасады. Субстрат режимінің болуы оптикалық өрістің тік бағытта таралуын бұдан былай Гаусс таралымы емес, «каликс лобы» болуын тудырады, ал сәуле сапасының нашарлауы құрылғыны пайдалануға әсер ететіні сөзсіз.

Жақында алдыңғы оптикалық модельдеу зерттеулерінің (DOI: 10.1364/OE.389880) нәтижелеріне сүйене отырып, Қытай ғылым академиясының Сучжоу нанотехнология институтының қызметкері Лю Цзяньпиннің зерттеу тобы тор тұрақтысы мен сыну көрсеткіші мүмкін болатын AlInGaN төрттік материалын пайдалануды ұсынды. оптикалық шектеу қабатымен бір уақытта реттеледі. Субстрат зеңінің пайда болуы, осыған байланысты нәтижелер Қытайдың Ұлттық жаратылыстану ғылымдары қоры басқаратын және демеушілік ететін Fundamental Research журналында жарияланды. Зерттеу барысында экспериментаторлар GaN/Sapphire үлгісінде сатылы ағын морфологиясы бар жоғары сапалы AlInGaN жұқа қабаттарын гетероэпитаксиалды түрде өсіру үшін алдымен эпитаксиалды өсу процесінің параметрлерін оңтайландырды. Кейіннен GaN өзін-өзі ұстайтын субстратта AlInGaN қалың қабатының гомоэпитаксиалды тайм-лапсу бетінде ретсіз жоталардың морфологиясы пайда болатынын көрсетеді, бұл беттің кедір-бұдырының ұлғаюына әкеледі, осылайша басқа лазерлік құрылымдардың эпитаксиалды өсуіне әсер етеді. Эпитаксиалды өсудің кернеуі мен морфологиясы арасындағы байланысты талдай отырып, зерттеушілер AlInGaN қалың қабатында жинақталған қысу кернеуі мұндай морфологияның негізгі себебі болып табылады деп ұсынды және әртүрлі кернеулік күйлерде AlInGaN қалың қабаттарын өсіру арқылы болжамды растады. Соңында, жасыл лазердің оптикалық оқшаулау қабатында оңтайландырылған AlInGaN қалың қабатын қолдану арқылы субстрат режимінің пайда болуы сәтті басылды (Cурет 1).


Сурет 1. Ағып кету режимі жоқ жасыл лазер, (α) тік бағытта жарық өрісінің алыс өріске таралуы, (b) нүктелік диаграмма.

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