Новости отрасли

Оптические характеристики зеленых лазеров значительно улучшены

2022-03-30
Лазер считается одним из величайших изобретений человечества в двадцатом веке, и его появление сильно способствовало прогрессу в области обнаружения, связи, обработки, отображения и других областях. Полупроводниковые лазеры — это класс лазеров, которые созревают раньше и совершенствуются быстрее. Они имеют характеристики небольшого размера, высокой эффективности, низкой стоимости и длительного срока службы, поэтому они широко используются. В первые годы инфракрасные лазеры на основе систем GaAsInP заложили краеугольный камень информационной революции. . Лазер на нитриде галлия (LD) представляет собой новый тип оптоэлектронного устройства, разработанный в последние годы. Лазер на основе системы материалов GaN может расширить рабочую длину волны от исходного инфракрасного до всего видимого спектра и ультрафиолетового спектра. Обработка, национальная оборона, квантовая связь и другие области показали большие перспективы применения.
Принцип лазерной генерации заключается в том, что свет в оптическом усиливающем материале усиливается за счет колебаний в оптическом резонаторе, образуя свет с строго согласованными фазой, частотой и направлением распространения. Для полупроводниковых лазеров гребенчатого типа с краевым излучением оптический резонатор может удерживать свет во всех трех пространственных измерениях. Ограничение вдоль направления выхода лазера в основном достигается за счет скалывания и покрытия резонатора. В горизонтальном направлении Оптическое ограничение в вертикальном направлении в основном реализуется за счет использования разницы эквивалентных показателей преломления, образованной формой гребня, в то время как оптическое ограничение в вертикальном направлении реализуется за счет разницы показателей преломления между различными материалами. Например, область усиления инфракрасного лазера с длиной волны 808 нм представляет собой квантовую яму GaAs, а ограничивающий оптический слой — AlGaAs с низким показателем преломления. Поскольку постоянные решетки материалов GaAs и AlGaAs почти одинаковы, эта структура не обеспечивает оптического ограничения одновременно. Могут возникнуть проблемы с качеством материала из-за несоответствия решетки.
В лазерах на основе GaN в качестве оптического ограничивающего слоя обычно используется AlGaN с низким показателем преломления, а в качестве волноводного слоя (In)GaN с высоким показателем преломления. Однако по мере увеличения длины волны излучения разность показателей преломления между оптическим ограничивающим слоем и волноводным слоем непрерывно уменьшается, так что ограничивающий эффект оптического ограничивающего слоя на световое поле непрерывно уменьшается. Особенно в зеленых лазерах такие структуры не могут ограничить световое поле, так что свет будет просачиваться в нижележащий слой подложки. Благодаря наличию дополнительной волноводной структуры воздух/подложка/оптический ограничивающий слой свет, просачивающийся в подложку, может формироваться в стабильной моде (моде подложки). Наличие режима подложки приведет к тому, что распределение оптического поля в вертикальном направлении будет уже не распределением Гаусса, а «лепестком чашечки», и ухудшение качества луча, несомненно, повлияет на использование устройства.

Недавно, основываясь на результатах предыдущего исследования оптического моделирования (DOI: 10.1364/OE.389880), исследовательская группа Лю Цзяньпина из Сучжоуского института нанотехнологий Китайской академии наук предложила использовать четырехкомпонентный материал AlInGaN, постоянная решетки и показатель преломления которого могут корректироваться одновременно с оптическим удерживающим слоем. Появление плесени субстрата, соответствующие результаты были опубликованы в журнале фундаментальных исследований, который направляется и спонсируется Национальным фондом естественных наук Китая. В ходе исследования экспериментаторы сначала оптимизировали параметры процесса эпитаксиального роста для гетероэпитаксиального выращивания высококачественных тонких слоев AlInGaN со ступенчатой ​​морфологией потока на шаблоне GaN/сапфир. Впоследствии гомоэпитаксиальная съемка толстого слоя AlInGaN на самонесущей подложке GaN показывает, что на поверхности появится неупорядоченная гребневая морфология, что приведет к увеличению шероховатости поверхности, что повлияет на эпитаксиальный рост других лазерных структур. Анализируя взаимосвязь между напряжением и морфологией эпитаксиального роста, исследователи предположили, что сжимающие напряжения, накопленные в толстом слое AlInGaN, являются основной причиной такой морфологии, и подтвердили гипотезу, выращивая толстые слои AlInGaN в различных напряженных состояниях. Наконец, путем нанесения оптимизированного толстого слоя AlInGaN в оптический ограничивающий слой зеленого лазера удалось успешно подавить появление моды подложки (рис. 1).


Рис. 1. Зеленый лазер без моды рассеяния, (α) распределение светового поля в дальней зоне в вертикальном направлении, (б) точечная диаграмма.

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