اخبار صنعتی

عملکرد نوری لیزرهای سبز تا حد زیادی بهبود یافته است

2022-03-30
لیزر یکی از بزرگترین اختراعات بشر در قرن بیستم به حساب می آید و ظاهر آن به شدت پیشرفت تشخیص، ارتباطات، پردازش، نمایش و سایر زمینه ها را ارتقا داده است. لیزرهای نیمه هادی دسته ای از لیزرها هستند که زودتر بالغ می شوند و سریعتر پیشرفت می کنند. آنها دارای ویژگی های اندازه کوچک، راندمان بالا، هزینه کم و عمر طولانی هستند، بنابراین به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. در سال‌های اولیه، لیزرهای مادون قرمز مبتنی بر سیستم‌های GaAsInP سنگ بنای انقلاب اطلاعات را تشکیل دادند. . لیزر نیترید گالیوم (LD) نوع جدیدی از دستگاه نوری الکترونیکی است که در سال های اخیر توسعه یافته است. لیزر مبتنی بر سیستم مواد GaN می تواند طول موج کار را از مادون قرمز اصلی به کل طیف مرئی و طیف فرابنفش گسترش دهد. پردازش، دفاع ملی، ارتباطات کوانتومی و سایر زمینه ها چشم انداز کاربردی بسیار خوبی را نشان داده اند.
اصل تولید لیزر این است که نور موجود در ماده بهره نوری با نوسان در حفره نوری تقویت می شود تا نوری با فاز، فرکانس و جهت انتشار بسیار سازگار باشد. برای لیزرهای نیمه هادی نوع برجستگی ساطع کننده لبه، حفره نوری می تواند نور را در هر سه بعد فضایی محدود کند. محصور شدن در امتداد جهت خروجی لیزر عمدتاً با شکافتن و پوشاندن حفره تشدید حاصل می شود. در جهت افقی محدودیت نوری در جهت عمودی عمدتاً با استفاده از تفاوت ضریب شکست معادل که توسط شکل پشته تشکیل شده است تحقق می یابد، در حالی که محدودیت نوری در جهت عمودی با تفاوت ضریب شکست بین مواد مختلف محقق می شود. به عنوان مثال، ناحیه بهره لیزر مادون قرمز 808 نانومتری یک چاه کوانتومی GaAs و لایه محصور نوری AlGaAs با ضریب شکست کم است. از آنجایی که ثابت های شبکه مواد GaAs و AlGaAs تقریباً یکسان هستند، این ساختار به طور همزمان به محاصره نوری نمی رسد. مشکلات کیفیت مواد به دلیل عدم تطابق شبکه ممکن است ایجاد شود.
در لیزرهای مبتنی بر GaN معمولا از AlGaN با ضریب شکست کم به عنوان لایه محصور نوری و (In)GaN با ضریب شکست بالا به عنوان لایه موجبر استفاده می شود. با این حال، با افزایش طول موج انتشار، اختلاف ضریب شکست بین لایه محصور نوری و لایه موجبر به طور مداوم کاهش می یابد، به طوری که اثر محصور شدن لایه محصور نوری بر میدان نور به طور مداوم کاهش می یابد. به خصوص در لیزرهای سبز، چنین ساختارهایی قادر به محدود کردن میدان نور نیستند، به طوری که نور به لایه زیرین نشت می کند. با توجه به وجود ساختار موجبر اضافی لایه محصور هوا/ بستر/ نوری، نور نشت‌شده به زیرلایه می‌تواند حالت پایدار (حالت بستر) تشکیل شود. وجود حالت بستر باعث می شود که توزیع میدان نوری در جهت عمودی دیگر یک توزیع گاوسی نباشد، بلکه یک "لوب کاسه گل" باشد و بدون شک کاهش کیفیت پرتو بر استفاده از دستگاه تأثیر بگذارد.

اخیراً، بر اساس نتایج تحقیقات قبلی شبیه‌سازی نوری (DOI: 10.1364/OE.389880)، گروه تحقیقاتی لیو جیان‌پینگ از مؤسسه نانوتکنولوژی سوژو، آکادمی علوم چین پیشنهاد کرده است که از مواد چهارتایی AlInGaN استفاده شود که شبکه ثابت و ضریب شکست آن می‌تواند همزمان با لایه محصور نوری تنظیم شود. با ظهور قالب بستر، نتایج مربوط به آن در مجله تحقیقات بنیادی، که توسط بنیاد ملی علوم طبیعی چین هدایت و حمایت می شود، منتشر شد. در این تحقیق، آزمایش‌کنندگان ابتدا پارامترهای فرآیند رشد هم‌پایه را بهینه‌سازی کردند تا لایه‌های نازک AlInGaN با کیفیت بالا را با مورفولوژی جریان پله‌ای روی الگوی GaN/Sapphire رشد دهند. متعاقبا، زمان سپری شدن لایه ضخیم AlInGaN روی لایه ضخیم GaN نشان می دهد که سطح مورفولوژی خط الراس نامنظم ظاهر می شود که منجر به افزایش زبری سطح می شود و در نتیجه بر رشد اپیتاکسیال سایر ساختارهای لیزر تأثیر می گذارد. با تجزیه و تحلیل رابطه بین تنش و مورفولوژی رشد اپیتاکسیال، محققان پیشنهاد کردند که تنش فشاری انباشته شده در لایه ضخیم AlInGaN دلیل اصلی چنین مورفولوژیکی است و با رشد لایه‌های ضخیم AlInGaN در شرایط تنش مختلف، حدس را تأیید کردند. در نهایت، با اعمال لایه ضخیم AlInGaN بهینه شده در لایه محصور نوری لیزر سبز، وقوع حالت بستر با موفقیت سرکوب شد (شکل 1).


شکل 1. لیزر سبز بدون حالت نشتی، (α) توزیع میدان نور در جهت عمودی، (ب) نمودار نقطه ای.

X
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