Teollisuuden uutisia

Vihreiden laserien optinen suorituskyky on parantunut huomattavasti

2022-03-30
Laseria pidetään yhtenä ihmiskunnan suurimmista keksinnöistä 1900-luvulla, ja sen ulkonäkö on edistänyt voimakkaasti havaitsemisen, viestinnän, käsittelyn, näytön ja muiden alojen edistymistä. Puolijohdelaserit ovat luokka lasereita, jotka kypsyvät aikaisemmin ja edistyvät nopeammin. Niillä on pieni koko, korkea hyötysuhde, alhaiset kustannukset ja pitkä käyttöikä, joten niitä käytetään laajalti. Alkuvuosina GaAsInP-järjestelmiin perustuvat infrapunalaserit loivat informaatiovallankumouksen kulmakiven. . Galliumnitridilaser (LD) on viime vuosina kehitetty uudenlainen optoelektroninen laite. GaN-materiaalijärjestelmään perustuva laser voi laajentaa työaallonpituutta alkuperäisestä infrapunasta koko näkyvään spektriin ja ultraviolettispektriin. Prosessointi, maanpuolustus, kvanttiviestintä ja muut alat ovat osoittaneet suuria sovellusmahdollisuuksia.
Lasergeneroinnin periaate on, että optisessa vahvistusmateriaalissa olevaa valoa vahvistetaan värähtelyllä optisessa ontelossa valon muodostamiseksi, jolla on erittäin tasainen vaihe, taajuus ja etenemissuunta. Reunaa emittoivien harjutyyppisten puolijohdelasereiden optinen onkalo voi rajoittaa valoa kaikissa kolmessa tilaulottuvuudessa. Rajoittuminen laserin ulostulosuuntaa pitkin saavutetaan pääasiassa halkaisemalla ja pinnoittamalla resonanssiontelo. Vaakasuunnassa Optinen rajoittuminen pystysuunnassa toteutetaan pääasiassa käyttämällä harjanteen muodon muodostamaa ekvivalenttitaitekerroineroa, kun taas pystysuunnassa oleva optinen rajoittuminen eri materiaalien taitekerroinerolla. Esimerkiksi 808 nm infrapunalaserin vahvistusalue on GaAs-kvanttikuoppa ja optinen rajoituskerros AlGaAs, jolla on alhainen taitekerroin. Koska GaAs- ja AlGaAs-materiaalien hilavakiot ovat lähes samat, tämä rakenne ei saavuta optista rajoitusta samanaikaisesti. Hilan yhteensopimattomuudesta voi aiheutua materiaalin laatuongelmia.
GaN-pohjaisissa lasereissa käytetään yleensä optisena rajoituskerroksena AlGaN:a, jolla on alhainen taitekerroin, ja (In)GaN:a, jolla on korkea taitekerroin, käytetään aaltoputkikerroksena. Kuitenkin emissioaallonpituuden kasvaessa optisen rajoituskerroksen ja aaltoputkikerroksen välinen taitekerroinero pienenee jatkuvasti, joten optisen rajoituskerroksen rajoitusvaikutus valokenttään pienenee jatkuvasti. Erityisesti vihreissä lasereissa tällaiset rakenteet eivät ole kyenneet rajoittamaan valokenttää niin, että valo vuotaa alla olevaan substraattikerrokseen. Ilma/substraatti/optinen rajoituskerroksen ylimääräisen aaltoputkirakenteen olemassaolon ansiosta substraattiin vuotanut valo voi olla. Muodostuu vakaa tila (substraattimoodi). Substraattimoodin olemassaolo saa aikaan sen, että optisen kentän jakauma pystysuunnassa ei ole enää Gaussin jakauma, vaan "verhiökeila", ja säteen laadun heikkeneminen vaikuttaa epäilemättä laitteen käyttöön.

Äskettäin aiemman optisen simulaatiotutkimuksen (DOI: 10.1364/OE.389880) tulosten perusteella Kiinan tiedeakatemian Suzhoun nanoteknologiainstituutin Liu Jianpingin tutkimusryhmä ehdotti AlInGaN-kvaternaarisen materiaalin käyttöä, jonka hilavakio ja taitekerroin voivat säädettävä samaan aikaan optisen rajoituskerroksen kanssa. Substraattimuotin syntyminen ja siihen liittyvät tulokset julkaistiin Fundamental Research -lehdessä, jota ohjaa ja sponsoroi Kiinan National Natural Science Foundation. Tutkimuksessa kokeilijat optimoivat ensin epitaksiaalisen kasvuprosessin parametrit kasvattaakseen heteroepitaksiaalisesti korkealaatuisia AlInGaN ohuita kerroksia askelvirtausmorfologialla GaN/Sapphire-malliin. Myöhemmin GaN-itsekantavalla substraatilla olevan AlInGaN-paksun kerroksen homoepitaksiaalinen aikakatkaisu osoittaa, että pinta näyttää epätasapainoiselta harjanteen morfologialta, mikä johtaa pinnan karheuden lisääntymiseen, mikä vaikuttaa muiden laserrakenteiden epitaksiaaliseen kasvuun. Analysoimalla jännityksen ja epitaksiaalisen kasvun morfologian välistä suhdetta tutkijat ehdottivat, että AlInGaN-paksuun kerrokseen kertynyt puristusjännitys on pääasiallinen syy tällaiseen morfologiaan, ja vahvistivat oletuksen kasvattamalla AlInGaN-paksuja kerroksia eri jännitystiloissa. Lopuksi, käyttämällä optimoitua AlInGaN-paksua kerrosta vihreän laserin optiseen rajoituskerrokseen, substraattimoodin esiintyminen tukahdutettiin onnistuneesti (kuva 1).


Kuva 1. Vihreä laser ilman vuotoa, (α) valokentän kaukokenttäjakauma pystysuunnassa, (b) pistekaavio.

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