दोहरे रंग वाले अर्धचालक लेज़रों पर नवीनतम शोध

दोहरे रंग वाले अर्धचालक लेज़रों पर नवीनतम शोध

सेमीकंडक्टर डिस्क लेज़र (SDL लेज़र), जिन्हें वर्टिकल एक्सटर्नल कैविटी सरफेस-एमिटिंग लेज़र (VECSEL) भी कहा जाता है, ने हाल के वर्षों में काफ़ी ध्यान आकर्षित किया है। यह सेमीकंडक्टर गेन और सॉलिड-स्टेट रेज़ोनेटर के फ़ायदों को एक साथ लाता है। यह न केवल पारंपरिक सेमीकंडक्टर लेज़रों के लिए सिंगल-मोड सपोर्ट की उत्सर्जन क्षेत्र सीमा को प्रभावी ढंग से कम करता है, बल्कि एक लचीले सेमीकंडक्टर बैंडगैप डिज़ाइन और उच्च मटेरियल गेन विशेषताओं से भी युक्त है। इसे कम शोर जैसे कई तरह के अनुप्रयोगों में देखा जा सकता है।संकीर्ण-लाइन-चौड़ाई लेजरआउटपुट, अति-लघु उच्च-पुनरावृत्ति पल्स जनरेशन, उच्च-क्रम हार्मोनिक जनरेशन, और सोडियम गाइड स्टार तकनीक आदि। प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, इसके तरंगदैर्ध्य लचीलेपन के लिए उच्चतर आवश्यकताएँ सामने रखी गई हैं। उदाहरण के लिए, द्वि-तरंगदैर्ध्य सुसंगत प्रकाश स्रोतों ने उभरते क्षेत्रों जैसे कि हस्तक्षेप-रोधी लिडार, होलोग्राफिक इंटरफेरोमेट्री, तरंगदैर्ध्य विभाजन बहुसंकेतन संचार, मध्य-अवरक्त या टेराहर्ट्ज़ जनरेशन, और बहु-रंग ऑप्टिकल आवृत्ति कॉम्ब्स में अत्यधिक उच्च अनुप्रयोग मूल्य प्रदर्शित किया है। अर्धचालक डिस्क लेज़रों में उच्च-चमक वाले द्वि-रंग उत्सर्जन को कैसे प्राप्त किया जाए और बहु-तरंगदैर्ध्य के बीच लाभ प्रतिस्पर्धा को प्रभावी ढंग से कैसे दबाया जाए, यह इस क्षेत्र में हमेशा एक शोध कठिनाई रही है।

हाल ही में, एक दोहरे रंगअर्धचालक लेजरचीन में एक टीम ने इस चुनौती का समाधान करने के लिए एक अभिनव चिप डिज़ाइन प्रस्तावित किया है। गहन संख्यात्मक शोध के माध्यम से, उन्होंने पाया कि तापमान-संबंधी क्वांटम वेल गेन फ़िल्टरिंग और सेमीकंडक्टर माइक्रोकैविटी फ़िल्टरिंग प्रभावों को सटीक रूप से नियंत्रित करने से दोहरे रंग लाभ पर लचीला नियंत्रण प्राप्त किया जा सकता है। इसके आधार पर, टीम ने 960/1000 एनएम उच्च-चमक लाभ चिप को सफलतापूर्वक डिज़ाइन किया। यह लेज़र विवर्तन सीमा के निकट मूल मोड में संचालित होता है, जिसकी आउटपुट चमक लगभग 310 MW/cm²sr जितनी अधिक होती है।

अर्धचालक डिस्क की लाभ परत केवल कुछ माइक्रोमीटर मोटी होती है, और अर्धचालक-वायु इंटरफेस और नीचे वितरित ब्रैग परावर्तक के बीच एक फैब्री-पेरोट माइक्रोकैविटी बनती है। चिप के अंतर्निहित स्पेक्ट्रल फ़िल्टर के रूप में अर्धचालक माइक्रोकैविटी का उपयोग करने से क्वांटम वेल के लाभ को नियंत्रित किया जा सकेगा। इस बीच, माइक्रोकैविटी फ़िल्टरिंग प्रभाव और अर्धचालक लाभ की तापमान बहाव दर अलग-अलग होती है। तापमान नियंत्रण के साथ, आउटपुट तरंगदैर्ध्य का स्विचिंग और विनियमन प्राप्त किया जा सकता है। इन विशेषताओं के आधार पर, टीम ने 300 K तापमान पर क्वांटम वेल के लाभ शिखर की गणना की और उसे 950 nm पर सेट किया, जिसमें लाभ तरंगदैर्ध्य की तापमान बहाव दर लगभग 0.37 nm/K थी। इसके बाद, टीम ने ट्रांसमिशन मैट्रिक्स विधि का उपयोग करके चिप के अनुदैर्ध्य प्रतिबंध कारक को डिज़ाइन किया, जिसमें क्रमशः लगभग 960 nm और 1000 nm के शिखर तरंगदैर्ध्य थे। सिमुलेशन से पता चला कि तापमान बहाव दर केवल 0.08 nm/K थी। एपिटैक्सियल वृद्धि के लिए धातु-कार्बनिक रासायनिक वाष्प निक्षेपण तकनीक का उपयोग करके और वृद्धि प्रक्रिया को निरंतर अनुकूलित करके, उच्च-गुणवत्ता वाले लाभ चिप्स का सफलतापूर्वक निर्माण किया गया। फोटोल्यूमिनेसेंस के मापन परिणाम सिमुलेशन परिणामों के पूर्णतः अनुरूप हैं। तापीय भार को कम करने और उच्च-शक्ति संचरण प्राप्त करने के लिए, अर्धचालक-हीरा चिप पैकेजिंग प्रक्रिया को और विकसित किया गया है।

चिप की पैकेजिंग पूरी करने के बाद, टीम ने इसके लेज़र प्रदर्शन का एक व्यापक मूल्यांकन किया। निरंतर संचालन मोड में, पंप पावर या हीट सिंक तापमान को नियंत्रित करके, उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य को 960 नैनोमीटर और 1000 नैनोमीटर के बीच लचीले ढंग से समायोजित किया जा सकता है। जब पंप पावर एक विशिष्ट सीमा के भीतर होती है, तो लेज़र 39.4 नैनोमीटर तक के तरंगदैर्ध्य अंतराल के साथ, द्वि-तरंगदैर्ध्य संचालन भी प्राप्त कर सकता है। इस समय, अधिकतम निरंतर तरंग शक्ति 3.8 वाट तक पहुँच जाती है। इस बीच, लेज़र मूल मोड में विवर्तन सीमा के पास संचालित होता है, जिसमें बीम गुणवत्ता कारक M² केवल 1.1 होता है और चमक लगभग 310 MW/cm²sr जितनी अधिक होती है। टीम ने इसके अर्ध-निरंतर तरंग प्रदर्शन पर भी शोध किया।लेज़र. LiB₃O₅ नॉनलाइनियर ऑप्टिकल क्रिस्टल को अनुनाद गुहा में डालकर योग आवृत्ति संकेत को सफलतापूर्वक देखा गया, जिससे दोहरी तरंगदैर्ध्य के समन्वय की पुष्टि हुई।

इस सरल चिप डिज़ाइन के माध्यम से, क्वांटम वेल गेन फ़िल्टरिंग और माइक्रोकैविटी फ़िल्टरिंग का कार्बनिक संयोजन प्राप्त किया गया है, जिसने दोहरे रंग के लेजर स्रोतों की प्राप्ति के लिए एक डिज़ाइन नींव रखी है। प्रदर्शन संकेतकों के संदर्भ में, यह एकल-चिप दोहरे रंग का लेजर उच्च चमक, उच्च लचीलापन और सटीक समाक्षीय बीम आउटपुट प्राप्त करता है। इसकी चमक एकल-चिप दोहरे रंग अर्धचालक लेजर के वर्तमान क्षेत्र में अंतरराष्ट्रीय अग्रणी स्तर पर है। व्यावहारिक अनुप्रयोग के संदर्भ में, इस उपलब्धि से इसकी उच्च चमक और दोहरे रंग की विशेषताओं का लाभ उठाकर जटिल वातावरण में बहु-रंग लिडार की पहचान सटीकता और हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता को प्रभावी ढंग से बढ़ाने की उम्मीद है। ऑप्टिकल आवृत्ति कंघी के क्षेत्र में, इसका स्थिर दोहरे तरंगदैर्ध्य आउटपुट सटीक वर्णक्रमीय माप और उच्च-रिज़ॉल्यूशन ऑप्टिकल सेंसिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण समर्थन प्रदान कर सकता है।