Les dernières recherches sur les lasers semi-conducteurs bicolores

Les dernières recherches sur les lasers semi-conducteurs bicolores

Les lasers à disque semi-conducteurs (lasers SDL), également appelés lasers à émission de surface à cavité externe verticale (VECSEL), ont suscité un vif intérêt ces dernières années. Ils combinent les avantages du gain des semi-conducteurs et des résonateurs à l'état solide. Ils permettent non seulement de s'affranchir efficacement de la limitation de surface d'émission liée au support monomode des lasers semi-conducteurs conventionnels, mais offrent également une conception flexible de la bande interdite des semi-conducteurs et des caractéristiques de gain élevées. On les retrouve dans de nombreuses applications, notamment pour les systèmes à faible bruit.laser à largeur de raie étroiteL'efficacité de la génération de signaux, notamment la génération d'impulsions ultracourtes à haute fréquence de répétition, la génération d'harmoniques d'ordre élevé et la technologie des étoiles guides au sodium, est un domaine en constante évolution. Avec les progrès technologiques, les exigences en matière de flexibilité spectrale se sont accrues. Par exemple, les sources de lumière cohérente bi-longueur d'onde ont démontré leur grande valeur applicative dans des domaines émergents tels que le lidar anti-interférences, l'interférométrie holographique, les communications par multiplexage en longueur d'onde, la génération de rayonnement infrarouge moyen ou térahertz et les peignes de fréquences optiques multicolores. Obtenir une émission bicolore à haute brillance dans les lasers à disque semi-conducteurs et supprimer efficacement la compétition de gain entre les différentes longueurs d'onde constitue un défi majeur de la recherche dans ce domaine.

Récemment, une bicolorelaser à semi-conducteurUne équipe chinoise a proposé une conception de puce innovante pour relever ce défi. Grâce à des recherches numériques approfondies, elle a constaté qu'une régulation précise du filtrage du gain du puits quantique en fonction de la température et des effets de filtrage de la microcavité semi-conductrice permettrait un contrôle flexible du gain bicolore. Forte de ce constat, l'équipe a conçu avec succès une puce à gain haute brillance de 960/1000 nm. Ce laser fonctionne en mode fondamental proche de la limite de diffraction, avec une brillance de sortie atteignant environ 310 MW/cm²sr.

La couche active du disque semi-conducteur ne mesure que quelques micromètres d'épaisseur, et une microcavité Fabry-Perot est formée entre l'interface semi-conducteur-air et le réflecteur de Bragg distribué inférieur. En considérant cette microcavité comme un filtre spectral intégré à la puce, on module le gain du puits quantique. Par ailleurs, l'effet de filtrage de la microcavité et le gain du semi-conducteur présentent des vitesses de dérive thermique différentes. Combinée à un contrôle de la température, cette approche permet de commuter et de réguler les longueurs d'onde de sortie. Forts de ces caractéristiques, les chercheurs ont calculé et fixé le pic de gain du puits quantique à 950 nm à une température de 300 K, avec une vitesse de dérive thermique de la longueur d'onde de gain d'environ 0,37 nm/K. Ils ont ensuite conçu le facteur de contrainte longitudinale de la puce à l'aide de la méthode de la matrice de transmission, avec des longueurs d'onde de pic d'environ 960 nm et 1000 nm respectivement. Les simulations ont révélé une vitesse de dérive thermique de seulement 0,08 nm/K. Grâce à l'utilisation de la technologie de dépôt chimique en phase vapeur organométallique pour la croissance épitaxiale et à l'optimisation continue du processus de croissance, des puces à gain de haute qualité ont été fabriquées avec succès. Les résultats de mesure de la photoluminescence sont parfaitement conformes aux résultats de simulation. Afin de réduire la charge thermique et d'obtenir une transmission de puissance élevée, le procédé d'encapsulation de la puce semi-conducteur-diamant a été perfectionné.

Après avoir finalisé l'encapsulation de la puce, l'équipe a procédé à une évaluation complète des performances du laser. En mode de fonctionnement continu, la longueur d'onde d'émission peut être ajustée entre 960 nm et 1000 nm en contrôlant la puissance de pompage ou la température du dissipateur thermique. Lorsque la puissance de pompage se situe dans une plage spécifique, le laser peut également fonctionner en mode bi-longueur d'onde, avec un intervalle allant jusqu'à 39,4 nm. Dans ce cas, la puissance maximale en régime continu atteint 3,8 W. Par ailleurs, le laser fonctionne en mode fondamental proche de la limite de diffraction, avec un facteur de qualité de faisceau M² de seulement 1,1 et une brillance d'environ 310 MW/cm²sr. L'équipe a également étudié les performances en régime quasi-continu.laser. Le signal de fréquence somme a été observé avec succès en insérant le cristal optique non linéaire LiB₃O₅ dans la cavité résonante, confirmant la synchronisation des deux longueurs d'onde.