ორმაგი ფერის ნახევარგამტარული ლაზერების უახლესი კვლევა

ორმაგი ფერის ნახევარგამტარული ლაზერების უახლესი კვლევა

ნახევარგამტარული დისკის ლაზერები (SDL ლაზერები), ასევე ცნობილი როგორც ვერტიკალური გარე ღრუს ზედაპირის გამოსხივების ლაზერები (VECSEL), ბოლო წლებში დიდ ყურადღებას იპყრობს. ისინი აერთიანებენ ნახევარგამტარული გაძლიერების და მყარი მდგომარეობის რეზონატორების უპირატესობებს. ის არა მხოლოდ ეფექტურად ამსუბუქებს ჩვეულებრივი ნახევარგამტარული ლაზერების ერთრეჟიმიანი მხარდაჭერის გამოსხივების არეალის შეზღუდვას, არამედ გამოირჩევა მოქნილი ნახევარგამტარული ზოლის დიზაინით და მაღალი მასალის გაძლიერების მახასიათებლებით. მისი გამოყენება შესაძლებელია გამოყენების ფართო სპექტრში, როგორიცაა დაბალი ხმაურის ლაზერები.ვიწრო ხაზის სიგანის ლაზერიგამომავალი, ულტრამოკლე მაღალი განმეორებადი იმპულსების გენერირება, მაღალი რიგის ჰარმონიული გენერაცია და ნატრიუმის მეგზური ვარსკვლავის ტექნოლოგია და ა.შ. ტექნოლოგიის განვითარებასთან ერთად, მისი ტალღის სიგრძის მოქნილობაზე უფრო მაღალი მოთხოვნები წამოიჭრა. მაგალითად, ორმაგი ტალღის სიგრძის კოჰერენტულმა სინათლის წყაროებმა აჩვენეს უკიდურესად მაღალი გამოყენების ღირებულება ახალ სფეროებში, როგორიცაა ჩარევის საწინააღმდეგო ლიდარი, ჰოლოგრაფიული ინტერფერომეტრია, ტალღის სიგრძის გაყოფის მულტიპლექსირების კომუნიკაცია, შუა ინფრაწითელი ან ტერაჰერცული გენერაცია და მრავალფეროვანი ოპტიკური სიხშირის სავარცხლები. ნახევარგამტარული დისკური ლაზერებში მაღალი სიკაშკაშის ორმაგი ფერის გამოსხივების მიღწევის და მრავალჯერადი ტალღის სიგრძეებს შორის გაძლიერების კონკურენციის ეფექტურად ჩახშობის გზა ყოველთვის წარმოადგენდა კვლევის სირთულეს ამ სფეროში.

ცოტა ხნის წინ, ორმაგი ფერინახევარგამტარული ლაზერიჩინეთში ჯგუფმა ამ გამოწვევის გადასაჭრელად ინოვაციური ჩიპის დიზაინი შემოგვთავაზა. სიღრმისეული რიცხვითი კვლევის შედეგად, მათ აღმოაჩინეს, რომ ტემპერატურასთან დაკავშირებული კვანტური ჭაბურღილის გაძლიერების ფილტრაციისა და ნახევარგამტარული მიკროღრუების ფილტრაციის ეფექტების ზუსტი რეგულირებით, სავარაუდოდ, ორმაგი ფერის გაძლიერების მოქნილი კონტროლი მიიღწევა. ამის საფუძველზე, გუნდმა წარმატებით შექმნა 960/1000 ნმ მაღალი სიკაშკაშის გაძლიერების ჩიპი. ეს ლაზერი მუშაობს ფუნდამენტურ რეჟიმში დიფრაქციის ზღვართან ახლოს, გამომავალი სიკაშკაშით, რომელიც დაახლოებით 310 მვტ/სმ²წმ-ს აღწევს.

ნახევარგამტარული დისკის გაძლიერების ფენა მხოლოდ რამდენიმე მიკრომეტრის სისქისაა და ნახევარგამტარულ-ჰაერის ინტერფეისსა და ქვედა განაწილებულ ბრაგის რეფლექტორს შორის წარმოიქმნება ფაბრი-პეროს მიკროღრუ. ნახევარგამტარული მიკროღრუების ჩიპის ჩაშენებულ სპექტრულ ფილტრად აღქმა მოახდენს კვანტური ჭის გაძლიერების მოდულირებას. ამასობაში, მიკროღრუების ფილტრაციის ეფექტს და ნახევარგამტარული გაძლიერების ეფექტს განსხვავებული ტემპერატურული დრიფტის სიჩქარე აქვს. ტემპერატურის კონტროლთან ერთად, შესაძლებელია გამომავალი ტალღის სიგრძეების გადართვა და რეგულირება. ამ მახასიათებლების საფუძველზე, გუნდმა გამოთვალა და დაადგინა კვანტური ჭის გაძლიერების პიკი 950 ნმ-ზე 300 K ტემპერატურაზე, სადაც გაძლიერების ტალღის სიგრძის ტემპერატურული დრიფტის სიჩქარე დაახლოებით 0.37 ნმ/კ იყო. შემდგომში, გუნდმა შეიმუშავა ჩიპის გრძივი შეზღუდვის კოეფიციენტი გადაცემის მატრიცის მეთოდის გამოყენებით, პიკური ტალღის სიგრძით დაახლოებით 960 ნმ და 1000 ნმ შესაბამისად. სიმულაციებმა აჩვენა, რომ ტემპერატურის დრიფტის სიჩქარე მხოლოდ 0.08 ნმ/კ იყო. ეპიტაქსიალური ზრდისთვის მეტალ-ორგანული ქიმიური ორთქლის დეპონირების ტექნოლოგიის გამოყენებით და ზრდის პროცესის უწყვეტი ოპტიმიზაციის გზით, წარმატებით შეიქმნა მაღალი ხარისხის გამაძლიერებელი ჩიპები. ფოტოლუმინესცენციის გაზომვის შედეგები სრულად შეესაბამება სიმულაციის შედეგებს. თერმული დატვირთვის შესამსუბუქებლად და მაღალი სიმძლავრის გადაცემის მისაღწევად, ნახევარგამტარულ-ალმასის ჩიპების შეფუთვის პროცესი კიდევ უფრო განვითარდა.

ჩიპის შეფუთვის დასრულების შემდეგ, გუნდმა ჩაატარა მისი ლაზერული მუშაობის ყოვლისმომცველი შეფასება. უწყვეტი მუშაობის რეჟიმში, ტუმბოს სიმძლავრის ან რადიატორის ტემპერატურის კონტროლით, გამოსხივების ტალღის სიგრძის მოქნილად რეგულირება შესაძლებელია 960 ნმ-დან 1000 ნმ-მდე. როდესაც ტუმბოს სიმძლავრე კონკრეტულ დიაპაზონშია, ლაზერს ასევე შეუძლია ორმაგი ტალღის სიგრძის მუშაობის მიღწევა, 39.4 ნმ-მდე ტალღის სიგრძის ინტერვალით. ამ დროს, უწყვეტი ტალღის მაქსიმალური სიმძლავრე 3.8 ვატს აღწევს. ამასობაში, ლაზერი მუშაობს ფუნდამენტურ რეჟიმში დიფრაქციის ზღვართან ახლოს, სხივის ხარისხის კოეფიციენტით M² მხოლოდ 1.1 და სიკაშკაშით, რომელიც დაახლოებით 310 მვტ/სმ²წმ-ს აღწევს. გუნდმა ასევე ჩაატარა კვლევა ლაზერის კვაზი-უწყვეტი ტალღური მუშაობის შესახებ.ლაზერიჯამური სიხშირის სიგნალი წარმატებით დაფიქსირდა LiB₃O₅ არაწრფივი ოპტიკური კრისტალის რეზონანსულ ღრუში ჩასმით, რამაც დაადასტურა ორმაგი ტალღის სიგრძეების სინქრონიზაცია.

ამ გენიალური ჩიპის დიზაინის მეშვეობით მიღწეულია კვანტური ჭაბურღილის გაძლიერების ფილტრაციისა და მიკროღრუების ფილტრაციის ორგანული კომბინაცია, რაც ორმაგი ფერის ლაზერული წყაროების რეალიზაციის საფუძველს ქმნის. შესრულების ინდიკატორების თვალსაზრისით, ეს ერთჩიპიანი ორმაგი ფერის ლაზერი აღწევს მაღალ სიკაშკაშეს, მაღალ მოქნილობას და ზუსტ კოაქსიალურ სხივურ გამომავალს. მისი სიკაშკაშე წამყვან საერთაშორისო დონეზეა ერთჩიპიანი ორმაგი ფერის ნახევარგამტარული ლაზერების ამჟამინდელ სფეროში. პრაქტიკული გამოყენების თვალსაზრისით, მოსალოდნელია, რომ ეს მიღწევა ეფექტურად გააუმჯობესებს მრავალფეროვანი ლიდარის აღმოჩენის სიზუსტეს და ჩარევის საწინააღმდეგო შესაძლებლობებს რთულ გარემოში მისი მაღალი სიკაშკაშისა და ორმაგი ფერის მახასიათებლების გამოყენებით. ოპტიკური სიხშირის სავარცხლების სფეროში, მისი სტაბილური ორმაგი ტალღის სიგრძის გამომავალი სიმძლავრე შეიძლება მნიშვნელოვანი მხარდაჭერა იყოს ისეთი აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა ზუსტი სპექტრული გაზომვა და მაღალი გარჩევადობის ოპტიკური ზონდირება.