阅读 | 订阅
阅读 | 订阅
今日要闻

科学家发明了拓扑腔表面发射激光器

来源:江苏激光联盟2022-05-19 我要评论(0 )   

半导体激光器由于其紧凑的尺寸,高效率,低成本和宽光谱,是使用最广泛的激光器。但它们的输出功率低,光束质量低,这两种规格很难同时改进。例如,虽然较大的腔体会增...

半导体激光器由于其紧凑的尺寸,高效率,低成本和宽光谱,是使用最广泛的激光器。但它们的输出功率低,光束质量低,这两种规格很难同时改进。例如,虽然较大的腔体会增加功率,但它支持更多的激光模式,从而降低光束质量。

TCSEL与主流商用单模半导体激光器的比较.图片来源:Institute of Physics

此前,中国科学院物理研究所的L01小组在Lu Ling教授的带领下演示了狄拉克涡旋拓扑腔。它提供了最大面积的最佳单模选择。这种腔设计旨在克服半导体激光器的上述瓶颈,同时提高输出功率和光束质量。

最近,同一团队将他们的拓扑腔应用于表面发射激光器,并发明了拓扑腔表面发射激光器(TCSEL),其性能可以远远超过商业同行。

TCSEL采用耦合波理论建模。

根据他们在《自然光子学》上发表的报告,TCSEL具有10 W峰值功率、亚度光束发散、60 dB边模抑制比和二维(2D)多波长阵列,激光功率为1550nm,这是最重要的通信和眼睛安全波长。它还可以在任何其他波长范围内工作,并有望用于多种应用,包括用于人脸识别、自动驾驶和虚拟现实的激光雷达。

研究人员将TCSEL与单模半导体激光器的标准工业产品进行了比较。用于互联网通信的分布式反馈(DFB)边缘发射激光器以及支持手机面部识别的垂直腔面发射激光器(VCSEL)都在其优化的1D谐振器设计中采用中间隙模式。TCSEL通过实现拓扑中间间隙模式的2D版本继续这一成功之路,该模式更适合半导体芯片上的平面工艺。

TCSEL性能。

大面积单模是TCSEL的一个独特特性,它可以改善(>10 W)和光束发散(<1°)。相比之下,商用DFB的输出一般在几十mW左右,单个VCSEL的输出只有几mW;表面发射的典型发散角为20°,边缘发射器的光束通常较差。

根据光学显微镜和直径为500μm的扫描电子显微镜图像,可以清楚地看到狄拉克涡旋腔的标志性涡旋结构。TCSEL的远场是径向极化的矢量光束。重要的是,在没有准直透镜的情况下,TCSEL的这种窄发散角(小于1°)可以降低系统的尺寸、复杂性和成本,如3D传感系统。

此外,波长灵活性是TCSEL的另一个独特功能,例如能够实现单片2D多波长阵列。相比之下,VCSEL通常缺乏波长可调谐性,因为决定激光波长的垂直腔是外延生长的。DFB激光器虽然可以调节波长,但只能实现一维多波长阵列的边缘发射。

TCSEL 性能和阵列。图片来源:Institute of Physics

相比之下,TCSEL的波长可以在平面制造过程中任意调整。在图2中(右),通过改变晶格常数,相应的激光波长在1512 nm到1616 nm之间线性变化。2D阵列中的每台激光器在单模下稳定工作,边模抑制比大于50dB。2D多波长TCSEL阵列可以潜在地增强波分复用技术,用于大容量信号传输和多光谱传感应用。

自从量子霍尔效应被发现以来,拓扑物理学一直是基础研究的焦点,并获得了三项诺贝尔物理学奖(1985年、1998年、2016年)。虽然拓扑稳健性可以显著提高设备的稳定性和规格,但拓扑物理的应用仍然很难实现。TCSEL可以带来不同。

多波长2D TCSEL阵列。

来源:Topological-cavity surface-emitting laser, Nature Photonics (2022).DOI: 10.1038/s41566-022-00972-6


转载请注明出处。

激光器激光技术
免责声明

① 凡本网未注明其他出处的作品,版权均属于激光制造网,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。获本网授权使用作品的,应在授权范围内使 用,并注明"来源:激光制造网”。违反上述声明者,本网将追究其相关责任。
② 凡本网注明其他来源的作品及图片,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本媒赞同其观点和对其真实性负责,版权归原作者所有,如有侵权请联系我们删除。
③ 任何单位或个人认为本网内容可能涉嫌侵犯其合法权益,请及时向本网提出书面权利通知,并提供身份证明、权属证明、具体链接(URL)及详细侵权情况证明。本网在收到上述法律文件后,将会依法尽快移除相关涉嫌侵权的内容。

网友点评
0相关评论
精彩导读