Nouvelles de l'industrie

Les performances optiques des lasers verts sont grandement améliorées

2022-03-30
Le laser est considéré comme l'une des plus grandes inventions de l'humanité au XXe siècle, et son apparition a fortement favorisé les progrès de la détection, de la communication, du traitement, de l'affichage et d'autres domaines. Les lasers à semi-conducteurs sont une classe de lasers qui mûrissent plus tôt et progressent plus rapidement. Ils ont les caractéristiques de petite taille, de haute efficacité, de faible coût et de longue durée de vie, ils sont donc largement utilisés. Dans les premières années, les lasers infrarouges basés sur les systèmes GaAsInP ont posé la pierre angulaire de la révolution de l'information. . Le laser au nitrure de gallium (LD) est un nouveau type de dispositif optoélectronique développé ces dernières années. Le laser basé sur le système de matériaux GaN peut étendre la longueur d'onde de travail de l'infrarouge d'origine à l'ensemble du spectre visible et du spectre ultraviolet. L'informatique, la défense nationale, la communication quantique et d'autres domaines ont montré de grandes perspectives d'application.
Le principe de la génération laser est que la lumière dans le matériau de gain optique est amplifiée par oscillation dans la cavité optique pour former une lumière avec une phase, une fréquence et une direction de propagation hautement cohérentes. Pour les lasers à semi-conducteurs de type crête à émission latérale, la cavité optique peut confiner la lumière dans les trois dimensions spatiales. Le confinement le long de la direction de sortie du laser est principalement réalisé par clivage et revêtement de la cavité résonnante. Dans la direction horizontale Le confinement optique dans la direction verticale est principalement réalisé en utilisant la différence d'indice de réfraction équivalente formée par la forme de crête, tandis que le confinement optique dans la direction verticale est réalisé par la différence d'indice de réfraction entre différents matériaux. Par exemple, la région de gain du laser infrarouge à 808 nm est un puits quantique en GaAs et la couche de confinement optique est en AlGaAs avec un faible indice de réfraction. Étant donné que les constantes de réseau des matériaux GaAs et AlGaAs sont presque les mêmes, cette structure n'atteint pas le confinement optique en même temps. Des problèmes de qualité des matériaux dus à une inadéquation du réseau peuvent survenir.
Dans les lasers à base de GaN, l'AlGaN à faible indice de réfraction est généralement utilisé comme couche de confinement optique, et le (In)GaN à indice de réfraction élevé est utilisé comme couche de guide d'ondes. Cependant, à mesure que la longueur d'onde d'émission augmente, la différence d'indice de réfraction entre la couche de confinement optique et la couche de guide d'onde diminue continuellement, de sorte que l'effet de confinement de la couche de confinement optique sur le champ lumineux diminue continuellement. En particulier dans les lasers verts, de telles structures ont été incapables de confiner le champ lumineux, de sorte que la lumière fuira dans la couche de substrat sous-jacente. Du fait de l'existence de la structure de guide d'onde supplémentaire de la couche air/substrat/confinement optique, la lumière qui fuit dans le substrat peut être formée. Un mode stable (mode substrat) se forme. L'existence du mode substrat fera que la distribution du champ optique dans la direction verticale ne sera plus une distribution gaussienne, mais un "lobe de calice", et la dégradation de la qualité du faisceau affectera sans aucun doute l'utilisation du dispositif.

Récemment, sur la base des résultats de précédentes recherches sur la simulation optique (DOI : 10.1364/OE.389880), le groupe de recherche de Liu Jianping de l'Institut de nanotechnologie de Suzhou, Académie chinoise des sciences, a proposé d'utiliser le matériau quaternaire AlInGaN dont la constante de réseau et l'indice de réfraction peuvent être ajustée en même temps que la couche de confinement optique. L'émergence de la moisissure du substrat, les résultats connexes ont été publiés dans la revue Fundamental Research, qui est dirigée et parrainée par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine. Dans la recherche, les expérimentateurs ont d'abord optimisé les paramètres du processus de croissance épitaxiale pour faire croître par hétéroépitaxie des couches minces d'AlInGaN de haute qualité avec une morphologie d'écoulement par étapes sur le modèle GaN/Sapphire. Par la suite, le laps de temps homoépitaxié de la couche épaisse d'AlInGaN sur le substrat autoportant de GaN montre que la surface apparaîtra avec une morphologie de crête désordonnée, ce qui entraînera une augmentation de la rugosité de surface, affectant ainsi la croissance épitaxiale d'autres structures laser. En analysant la relation entre la contrainte et la morphologie de la croissance épitaxiale, les chercheurs ont proposé que la contrainte de compression accumulée dans la couche épaisse d'AlInGaN soit la principale raison d'une telle morphologie, et ont confirmé la conjecture en développant des couches épaisses d'AlInGaN dans différents états de contrainte. Enfin, en appliquant la couche épaisse AlInGaN optimisée dans la couche de confinement optique du laser vert, l'apparition du mode substrat a été supprimée avec succès (Fig. 1).


Figure 1. Laser vert sans mode de fuite, (α) distribution en champ lointain du champ lumineux dans la direction verticale, (b) diagramme de tache.

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