ഇരട്ട-വർണ്ണ അർദ്ധചാലക ലേസറുകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഏറ്റവും പുതിയ ഗവേഷണം

ഇരട്ട-വർണ്ണ അർദ്ധചാലക ലേസറുകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഏറ്റവും പുതിയ ഗവേഷണം

വെർട്ടിക്കൽ എക്സ്റ്റേണൽ കാവിറ്റി സർഫേസ്-എമിറ്റിംഗ് ലേസറുകൾ (VECSEL) എന്നും അറിയപ്പെടുന്ന സെമികണ്ടക്ടർ ഡിസ്ക് ലേസറുകൾ (SDL ലേസറുകൾ) സമീപ വർഷങ്ങളിൽ വളരെയധികം ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചു. സെമികണ്ടക്ടർ ഗെയിൻ, സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് റെസൊണേറ്ററുകൾ എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങൾ ഇത് സംയോജിപ്പിക്കുന്നു. പരമ്പരാഗത സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകൾക്കുള്ള സിംഗിൾ-മോഡ് പിന്തുണയുടെ എമിഷൻ ഏരിയ പരിമിതി ഇത് ഫലപ്രദമായി ലഘൂകരിക്കുക മാത്രമല്ല, വഴക്കമുള്ള സെമികണ്ടക്ടർ ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പ് രൂപകൽപ്പനയും ഉയർന്ന മെറ്റീരിയൽ ഗെയിൻ സവിശേഷതകളും ഇത് അവതരിപ്പിക്കുന്നു. കുറഞ്ഞ ശബ്‌ദം പോലുള്ള വിവിധ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഇത് കാണാൻ കഴിയും.നാരോ-ലൈൻവിഡ്ത്ത് ലേസർഔട്ട്‌പുട്ട്, അൾട്രാ-ഷോർട്ട് ഹൈ-റിപ്പീറ്റേഷൻ പൾസ് ജനറേഷൻ, ഹൈ-ഓർഡർ ഹാർമോണിക് ജനറേഷൻ, സോഡിയം ഗൈഡ് സ്റ്റാർ ടെക്നോളജി മുതലായവ. സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പുരോഗതിയോടെ, അതിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യ വഴക്കത്തിന് ഉയർന്ന ആവശ്യകതകൾ മുന്നോട്ടുവച്ചിട്ടുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, ആന്റി-ഇന്റർഫറൻസ് ലിഡാർ, ഹോളോഗ്രാഫിക് ഇന്റർഫെറോമെട്രി, തരംഗദൈർഘ്യ ഡിവിഷൻ മൾട്ടിപ്ലക്സിംഗ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ, മിഡ്-ഇൻഫ്രാറെഡ് അല്ലെങ്കിൽ ടെറാഹെർട്സ് ജനറേഷൻ, മൾട്ടി-കളർ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി കോമ്പുകൾ തുടങ്ങിയ ഉയർന്നുവരുന്ന മേഖലകളിൽ ഇരട്ട-തരംഗദൈർഘ്യ കോഹെറന്റ് പ്രകാശ സ്രോതസ്സുകൾ വളരെ ഉയർന്ന ആപ്ലിക്കേഷൻ മൂല്യം പ്രകടമാക്കിയിട്ടുണ്ട്. സെമികണ്ടക്ടർ ഡിസ്ക് ലേസറുകളിൽ ഉയർന്ന തെളിച്ചമുള്ള ഡ്യുവൽ-കളർ എമിഷൻ എങ്ങനെ നേടാമെന്നും ഒന്നിലധികം തരംഗദൈർഘ്യങ്ങൾക്കിടയിലുള്ള ഗെയിൻ മത്സരം ഫലപ്രദമായി അടിച്ചമർത്താമെന്നും ഈ മേഖലയിലെ ഒരു ഗവേഷണ ബുദ്ധിമുട്ടായിരുന്നു.

അടുത്തിടെ, ഒരു ഇരട്ട-വർണ്ണസെമികണ്ടക്ടർ ലേസർഈ വെല്ലുവിളി നേരിടുന്നതിനായി ചൈനയിലെ ഒരു സംഘം നൂതനമായ ഒരു ചിപ്പ് ഡിസൈൻ നിർദ്ദേശിച്ചിട്ടുണ്ട്. ആഴത്തിലുള്ള സംഖ്യാ ഗവേഷണത്തിലൂടെ, താപനിലയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ക്വാണ്ടം വെൽ ഗെയിൻ ഫിൽട്ടറിംഗും സെമികണ്ടക്ടർ മൈക്രോകാവിറ്റി ഫിൽട്ടറിംഗ് ഇഫക്റ്റുകളും കൃത്യമായി നിയന്ത്രിക്കുന്നത് ഇരട്ട-വർണ്ണ ഗയിനിന്റെ വഴക്കമുള്ള നിയന്ത്രണം കൈവരിക്കുമെന്ന് അവർ കണ്ടെത്തി. ഇതിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ടീം 960/1000 nm ഉയർന്ന-തെളിച്ച ഗെയിൻ ചിപ്പ് വിജയകരമായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു. ഈ ലേസർ ഡിഫ്രാക്ഷൻ പരിധിക്കടുത്തുള്ള അടിസ്ഥാന മോഡിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ഏകദേശം 310 MW/cm²sr വരെ ഉയർന്ന ഔട്ട്‌പുട്ട് തെളിച്ചമുണ്ട്.

സെമികണ്ടക്ടർ ഡിസ്കിന്റെ ഗെയിൻ പാളി ഏതാനും മൈക്രോമീറ്റർ കട്ടിയുള്ളതാണ്, കൂടാതെ സെമികണ്ടക്ടർ-എയർ ഇന്റർഫേസിനും താഴെ വിതരണം ചെയ്ത ബ്രാഗ് റിഫ്ലക്ടറിനും ഇടയിൽ ഒരു ഫാബ്രി-പെറോട്ട് മൈക്രോകാവിറ്റി രൂപം കൊള്ളുന്നു. ചിപ്പിന്റെ ബിൽറ്റ്-ഇൻ സ്പെക്ട്രൽ ഫിൽട്ടറായി സെമികണ്ടക്ടർ മൈക്രോകാവിറ്റിയെ പരിഗണിക്കുന്നത് ക്വാണ്ടം കിണറിന്റെ ഗെയിൻ മോഡുലേറ്റ് ചെയ്യും. അതേസമയം, മൈക്രോകാവിറ്റി ഫിൽട്ടറിംഗ് ഇഫക്റ്റിനും സെമികണ്ടക്ടർ ഗെയിൻക്കും വ്യത്യസ്ത താപനില ഡ്രിഫ്റ്റ് നിരക്കുകളുണ്ട്. താപനില നിയന്ത്രണവുമായി സംയോജിപ്പിച്ച്, ഔട്ട്പുട്ട് തരംഗദൈർഘ്യങ്ങളുടെ സ്വിച്ചിംഗും നിയന്ത്രണവും കൈവരിക്കാൻ കഴിയും. ഈ സ്വഭാവസവിശേഷതകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ടീം ക്വാണ്ടം കിണറിന്റെ ഗെയിൻ പീക്ക് 300 കെ താപനിലയിൽ 950 നാനോമീറ്ററായി കണക്കാക്കുകയും സജ്ജമാക്കുകയും ചെയ്തു, ഗെയിൻ തരംഗദൈർഘ്യത്തിന്റെ താപനില ഡ്രിഫ്റ്റ് നിരക്ക് ഏകദേശം 0.37 നാനോമീറ്റർ/കെ ആണ്. തുടർന്ന്, ട്രാൻസ്മിഷൻ മാട്രിക്സ് രീതി ഉപയോഗിച്ച് ചിപ്പിന്റെ രേഖാംശ നിയന്ത്രണ ഘടകം ടീം രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു, പീക്ക് തരംഗദൈർഘ്യം ഏകദേശം 960 നാനോമീറ്റർ, 1000 നാനോമീറ്റർ എന്നിങ്ങനെയാണ്. താപനില ഡ്രിഫ്റ്റ് നിരക്ക് 0.08 നാനോമീറ്റർ/കെ മാത്രമാണെന്ന് സിമുലേഷനുകൾ വെളിപ്പെടുത്തി. എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചയ്ക്കായി ലോഹ-ജൈവ രാസ നീരാവി നിക്ഷേപ സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ചും വളർച്ചാ പ്രക്രിയ തുടർച്ചയായി ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തും, ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള ഗെയിൻ ചിപ്പുകൾ വിജയകരമായി നിർമ്മിച്ചു. ഫോട്ടോലുമിനെസെൻസിന്റെ അളക്കൽ ഫലങ്ങൾ സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങളുമായി പൂർണ്ണമായും പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. താപ ലോഡ് ലഘൂകരിക്കുന്നതിനും ഉയർന്ന പവർ ട്രാൻസ്മിഷൻ നേടുന്നതിനും, സെമികണ്ടക്ടർ-ഡയമണ്ട് ചിപ്പ് പാക്കേജിംഗ് പ്രക്രിയ കൂടുതൽ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്.

ചിപ്പ് പാക്കേജിംഗ് പൂർത്തിയാക്കിയ ശേഷം, സംഘം അതിന്റെ ലേസർ പ്രകടനത്തെക്കുറിച്ച് സമഗ്രമായ ഒരു വിലയിരുത്തൽ നടത്തി. തുടർച്ചയായ പ്രവർത്തന മോഡിൽ, പമ്പ് പവർ അല്ലെങ്കിൽ ഹീറ്റ് സിങ്ക് താപനില നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലൂടെ, എമിഷൻ തരംഗദൈർഘ്യം 960 nm നും 1000 nm നും ഇടയിൽ വഴക്കമുള്ള രീതിയിൽ ക്രമീകരിക്കാൻ കഴിയും. പമ്പ് പവർ ഒരു പ്രത്യേക പരിധിക്കുള്ളിലായിരിക്കുമ്പോൾ, ലേസറിന് 39.4 nm വരെ തരംഗദൈർഘ്യ ഇടവേളയോടെ ഇരട്ട-തരംഗദൈർഘ്യ പ്രവർത്തനം നേടാനും കഴിയും. ഈ സമയത്ത്, പരമാവധി തുടർച്ചയായ തരംഗ ശക്തി 3.8 W ൽ എത്തുന്നു. അതേസമയം, ലേസർ ഡിഫ്രാക്ഷൻ പരിധിക്കടുത്തുള്ള അടിസ്ഥാന മോഡിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ബീം ഗുണനിലവാര ഘടകം 1.1 മാത്രമുള്ളതും ഏകദേശം 310 MW/cm²sr വരെ ഉയർന്ന തെളിച്ചവും. ന്റെ ക്വാസി-തുടർച്ചയായ തരംഗ പ്രകടനത്തെക്കുറിച്ചും സംഘം ഗവേഷണം നടത്തി.ലേസർ. ഇരട്ട തരംഗദൈർഘ്യങ്ങളുടെ സമന്വയം സ്ഥിരീകരിച്ചുകൊണ്ട്, അനുരണന അറയിലേക്ക് LiB₃O₅ നോൺലീനിയർ ഒപ്റ്റിക്കൽ ക്രിസ്റ്റൽ തിരുകുന്നതിലൂടെ സം ആവൃത്തി സിഗ്നൽ വിജയകരമായി നിരീക്ഷിക്കപ്പെട്ടു.

ഈ സമർത്ഥമായ ചിപ്പ് രൂപകൽപ്പനയിലൂടെ, ക്വാണ്ടം വെൽ ഗെയിൻ ഫിൽട്ടറിംഗിന്റെയും മൈക്രോകാവിറ്റി ഫിൽട്ടറിംഗിന്റെയും ജൈവ സംയോജനം കൈവരിക്കാനായി, ഡ്യുവൽ-കളർ ലേസർ സ്രോതസ്സുകളുടെ സാക്ഷാത്കാരത്തിന് ഒരു ഡിസൈൻ അടിത്തറ പാകി. പ്രകടന സൂചകങ്ങളുടെ കാര്യത്തിൽ, ഈ സിംഗിൾ-ചിപ്പ് ഡ്യുവൽ-കളർ ലേസർ ഉയർന്ന തെളിച്ചം, ഉയർന്ന വഴക്കം, കൃത്യമായ കോക്സിയൽ ബീം ഔട്ട്പുട്ട് എന്നിവ കൈവരിക്കുന്നു. സിംഗിൾ-ചിപ്പ് ഡ്യുവൽ-കളർ സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളുടെ നിലവിലെ മേഖലയിൽ അതിന്റെ തെളിച്ചം അന്താരാഷ്ട്രതലത്തിൽ മുൻനിരയിലാണ്. പ്രായോഗിക പ്രയോഗത്തിന്റെ കാര്യത്തിൽ, സങ്കീർണ്ണമായ പരിതസ്ഥിതികളിൽ മൾട്ടി-കളർ ലിഡാറിന്റെ കണ്ടെത്തൽ കൃത്യതയും ആന്റി-ഇടപെടൽ ശേഷിയും ഈ നേട്ടം ഫലപ്രദമായി വർദ്ധിപ്പിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു, അതിന്റെ ഉയർന്ന തെളിച്ചവും ഡ്യുവൽ-കളർ സവിശേഷതകളും പ്രയോജനപ്പെടുത്തി. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫ്രീക്വൻസി കോമ്പുകളുടെ മേഖലയിൽ, കൃത്യമായ സ്പെക്ട്രൽ അളവ്, ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ സെൻസിംഗ് തുടങ്ങിയ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് അതിന്റെ സ്ഥിരതയുള്ള ഡ്യുവൽ-തരംഗദൈർഘ്യ ഔട്ട്പുട്ടിന് നിർണായക പിന്തുണ നൽകാൻ കഴിയും.