နှစ်ရောင်စုံ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကာ လေဆာများအကြောင်း နောက်ဆုံးပေါ် သုတေသန

နှစ်ရောင်စုံ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကာ လေဆာများအကြောင်း နောက်ဆုံးပေါ် သုတေသန

vertical external cavity surface-emitting lasers (VECSEL) ဟုလည်း လူသိများသော semiconductor disc lasers (SDL lasers) များသည် မကြာသေးမီနှစ်များအတွင်း အာရုံစိုက်မှုများစွာကို ရရှိခဲ့သည်။ ၎င်းသည် semiconductor gain နှင့် solid-state resonators များ၏ အားသာချက်များကို ပေါင်းစပ်ထားသည်။ ၎င်းသည် ရိုးရာ semiconductor lasers များအတွက် single-mode support ၏ emission area ကန့်သတ်ချက်ကို ထိရောက်စွာ လျှော့ချပေးရုံသာမက ပြောင်းလွယ်ပြင်လွယ် semiconductor bandgap ဒီဇိုင်းနှင့် မြင့်မားသော material gain လက္ခဏာများလည်း ပါရှိသည်။ ၎င်းကို ဆူညံသံနည်းခြင်းကဲ့သို့သော အသုံးချမှုအခြေအနေအမျိုးမျိုးတွင် မြင်တွေ့နိုင်သည်။ကျဉ်းမြောင်းသော မျဉ်းကြောင်းအကျယ် လေဆာအထွက်၊ အလွန်တိုတောင်းသော မြင့်မားသောထပ်တလဲလဲ pulse ထုတ်လုပ်ခြင်း၊ မြင့်မားသောအမိန့် harmonic ထုတ်လုပ်ခြင်းနှင့် ဆိုဒီယမ်လမ်းညွှန်ကြယ်နည်းပညာ စသည်တို့ဖြစ်သည်။ နည်းပညာတိုးတက်မှုနှင့်အတူ ၎င်း၏ wavelength ပြောင်းလွယ်ပြင်လွယ်ရှိမှုအတွက် လိုအပ်ချက်များ ပိုမိုမြင့်မားလာခဲ့သည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ dual-wavelength coherent light sources များသည် anti-interference lidar၊ holographic interferometry၊ wavelength division multiplexing communication၊ mid-infrared သို့မဟုတ် terahertz generation နှင့် multi-color optical frequency combs ကဲ့သို့သော ပေါ်ထွက်လာသော နယ်ပယ်များတွင် အလွန်မြင့်မားသော အသုံးချမှုတန်ဖိုးကို ပြသခဲ့သည်။ semiconductor disc lasers တွင် high-brightness dual-color emission ကို မည်သို့ရရှိပြီး multiple wavelengths များအကြား gain competition ကို မည်သို့ထိရောက်စွာ နှိမ်နင်းရမည်ဆိုသည်မှာ ဤနယ်ပယ်တွင် သုတေသနအခက်အခဲတစ်ခုဖြစ်သည်။

မကြာသေးမီက နှစ်ရောင်စပ်တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း လေဆာတရုတ်နိုင်ငံရှိအဖွဲ့သည် ဤစိန်ခေါ်မှုကိုဖြေရှင်းရန် ဆန်းသစ်သောချစ်ပ်ဒီဇိုင်းတစ်ခုကို အဆိုပြုခဲ့သည်။ နက်ရှိုင်းသော ဂဏန်းသင်္ချာသုတေသနမှတစ်ဆင့် အပူချိန်နှင့်ဆက်စပ်သော quantum well gain filtering နှင့် semiconductor microcavity filtering effect များကို တိကျစွာထိန်းညှိခြင်းဖြင့် dual-color gain ၏ ပြောင်းလွယ်ပြင်လွယ်ထိန်းချုပ်မှုကို ရရှိစေမည်ဟု မျှော်လင့်ထားကြောင်း ၎င်းတို့တွေ့ရှိခဲ့သည်။ ဤအပေါ်အခြေခံ၍ အဖွဲ့သည် 960/1000 nm high-brightness gain chip ကို အောင်မြင်စွာဒီဇိုင်းထုတ်ခဲ့သည်။ ဤလေဆာသည် diffraction limit အနီးတွင် fundamental mode ဖြင့်လည်ပတ်ပြီး output brightness သည် ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 310 MW/cm²sr အထိမြင့်မားသည်။

semiconductor disc ရဲ့ gain layer ဟာ micrometer အနည်းငယ်သာထူပြီး semiconductor-air interface နဲ့ အောက်ခြေ distributed Bragg reflector ကြားမှာ Fabry-Perot microcavity တစ်ခုဖြစ်ပေါ်ပါတယ်။ semiconductor microcavity ကို chip ရဲ့ built-in spectral filter အဖြစ်သတ်မှတ်ခြင်းအားဖြင့် quantum well ရဲ့ gain ကို modulate လုပ်ပါလိမ့်မယ်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပဲ microcavity filtering effect နဲ့ semiconductor gain မှာ အပူချိန် drift rate တွေကွဲပြားပါတယ်။ အပူချိန်ထိန်းချုပ်မှုနဲ့ပေါင်းစပ်ပြီး output wavelength တွေရဲ့ switching နဲ့ regulation ကိုရရှိနိုင်ပါတယ်။ ဒီလက္ခဏာတွေအပေါ်အခြေခံပြီး အဖွဲ့ဟာ quantum well ရဲ့ gain peak ကို 300 K အပူချိန်မှာ 950 nm မှာတွက်ချက်ပြီးသတ်မှတ်ခဲ့ပြီး gain wavelength ရဲ့ အပူချိန် drift rate က 0.37 nm/K ခန့်ရှိပါတယ်။ နောက်ပိုင်းမှာ အဖွဲ့ဟာ transmission matrix နည်းလမ်းကို အသုံးပြုပြီး chip ရဲ့ longitudinal constraint factor ကို ဒီဇိုင်းထုတ်ခဲ့ပြီး peak wavelength တွေက 960 nm နဲ့ 1000 nm ခန့်ရှိပါတယ်။ Simulation တွေအရ အပူချိန် drift rate က 0.08 nm/K သာရှိကြောင်းပြသခဲ့ပါတယ်။ epitaxial ကြီးထွားမှုအတွက် သတ္တု-အော်ဂဲနစ် ဓာတုအငွေ့စုပုံနည်းပညာကို အသုံးပြုခြင်းနှင့် ကြီးထွားမှုလုပ်ငန်းစဉ်ကို အဆက်မပြတ် အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းဖြင့် အရည်အသွေးမြင့် gain chips များကို အောင်မြင်စွာ ထုတ်လုပ်နိုင်ခဲ့သည်။ photoluminescence ၏ တိုင်းတာမှုရလဒ်များသည် simulation ရလဒ်များနှင့် လုံးဝကိုက်ညီပါသည်။ thermal load ကို လျှော့ချရန်နှင့် high-power transmission ကို ရရှိရန် semiconductor-diamond chip packaging လုပ်ငန်းစဉ်ကို ပိုမိုတီထွင်ထုတ်လုပ်ထားပါသည်။

ချစ်ပ်ထုပ်ပိုးမှုပြီးစီးပြီးနောက် အဖွဲ့သည် ၎င်း၏လေဆာစွမ်းဆောင်ရည်ကို ပြည့်စုံစွာအကဲဖြတ်ခဲ့သည်။ စဉ်ဆက်မပြတ်လည်ပတ်မှုမုဒ်တွင်၊ ပန့်ပါဝါ သို့မဟုတ် အပူစုပ်စက်အပူချိန်ကို ထိန်းချုပ်ခြင်းဖြင့် ထုတ်လွှတ်မှုလှိုင်းအလျားကို 960 nm နှင့် 1000 nm အကြား ပြောင်းလွယ်ပြင်လွယ်ချိန်ညှိနိုင်သည်။ ပန့်ပါဝါသည် သတ်မှတ်ထားသောအကွာအဝေးအတွင်းရှိသောအခါ၊ လေဆာသည် 39.4 nm အထိ လှိုင်းအလျားအကွာအဝေးဖြင့် dual-wavelength လည်ပတ်မှုကိုလည်း ရရှိနိုင်သည်။ ဤအချိန်တွင်၊ အမြင့်ဆုံးစဉ်ဆက်မပြတ်လှိုင်းပါဝါသည် 3.8 W သို့ရောက်ရှိသည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ လေဆာသည် diffraction ကန့်သတ်ချက်အနီးတွင် အခြေခံမုဒ်တွင် လည်ပတ်ပြီး beam quality factor M² သည် 1.1 သာရှိပြီး ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 310 MW/cm²sr အထိ မြင့်မားသော brightness ရှိသည်။ အဖွဲ့သည် quasi-continuous wave စွမ်းဆောင်ရည်ကိုလည်း သုတေသနပြုလုပ်ခဲ့သည်။လေဆာLiB₃O₅ nonlinear optical crystal ကို resonant cavity ထဲသို့ထည့်သွင်းခြင်းဖြင့် sum frequency signal ကို အောင်မြင်စွာလေ့လာတွေ့ရှိခဲ့ပြီး dual wavelengths ၏ synchronization ကိုအတည်ပြုခဲ့သည်။

ဤလိမ္မာပါးနပ်သော ချစ်ပ်ဒီဇိုင်းမှတစ်ဆင့် quantum well gain filtering နှင့် microcavity filtering တို့၏ အော်ဂဲနစ်ပေါင်းစပ်မှုကို ရရှိခဲ့ပြီး dual-color laser sources များကို အကောင်အထည်ဖော်ရန်အတွက် ဒီဇိုင်းအခြေခံကို ချမှတ်နိုင်ခဲ့သည်။ စွမ်းဆောင်ရည်ညွှန်းကိန်းများအရ ဤ single-chip dual-color laser သည် မြင့်မားသောတောက်ပမှု၊ မြင့်မားသောပြောင်းလွယ်ပြင်လွယ်ရှိမှုနှင့် တိကျသော coaxial beam output ကို ရရှိသည်။ ၎င်း၏တောက်ပမှုသည် လက်ရှိ single-chip dual-color semiconductor lasers နယ်ပယ်တွင် နိုင်ငံတကာဦးဆောင်အဆင့်တွင်ရှိသည်။ လက်တွေ့အသုံးချမှုအရ ဤအောင်မြင်မှုသည် ၎င်း၏မြင့်မားသောတောက်ပမှုနှင့် dual-color ဝိသေသလက္ခဏာများကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့် ရှုပ်ထွေးသောပတ်ဝန်းကျင်များတွင် multi-color lidar ၏ ထောက်လှမ်းမှုတိကျမှုနှင့် anti-interference စွမ်းရည်ကို ထိရောက်စွာမြှင့်တင်ရန် မျှော်လင့်ရသည်။ optical frequency combs နယ်ပယ်တွင် ၎င်း၏တည်ငြိမ်သော dual-wavelength output သည် တိကျသော spectral တိုင်းတာမှုနှင့် high-resolution optical sensing ကဲ့သို့သော အသုံးချမှုများအတွက် အရေးကြီးသောပံ့ပိုးမှုကို ပေးစွမ်းနိုင်သည်။