Niedawno Państwowe Kluczowe Laboratorium Fizyki Laserów Silnego Pola w Szanghajskim Instytucie Optyki i Maszyn Precyzyjnych (SIPM), Chińskiej Akademii Nauk (CAS), we współpracy z Instytutem Studiów Zaawansowanych Chińskiej Akademii Nauk w Hangzhou (HIAS) i Huazhong Uniwersytet Naukowo-Techniczny (HUST) zrealizował wysokowydajne jednomodowe lasery chalkogenkowe w skalach podfalowych w oparciu o badanie mechanizmu wzmocnienia chalkogenkowego z miniaturyzacją laserów jako trakcji. Wyniki powiązanych badań, zatytułowanych Wodoodporny laser perowskitowy o długości fali subwavelength z przezroczystej nanownęki na bazie krzemionki, opublikowano w czasopiśmie Advanced Materials (Advanced Materials).
Chalkogenki metali halogenkowe są uważane za jedno z idealnych nośników wzmacniających dla wysokowydajnych urządzeń mikro- i nanolaserowych, z potencjalnymi zastosowaniami w pokładowych systemach przetwarzania informacji fotonicznej i przyszłej zintegrowanej optoelektronice. Obecnie główny nurt technologii wytwarzania laserów chalkogenkowych wykorzystuje głównie metodę roztworową. W porównaniu z nią technologia odparowania termicznego jest łatwiejsza do osiągnięcia produkcji wielkopowierzchniowej z kontrolowaną precyzją i została już zastosowana w komercyjnych diodach elektroluminescencyjnych. Jednakże termicznie odparowane warstwy chalkogenku były mniej badane pod kątem laserów ze względu na ich wysoką defektywność, w związku z czym wydajność jest gorsza od ich odpowiedników poddanych obróbce roztworem. Ponadto kolejnym wyzwaniem stojącym przed laserami chalkogenkowymi jest to, że są one bardziej wrażliwe na wilgoć, co ogranicza komercyjne zastosowanie urządzeń na bazie chalkogenków, zwłaszcza że niewiele jest doniesień o pracach eksperymentalnych nad laserami chalkogenkowymi w wodzie.
a, schemat współparowania z trzema źródłami; b, widma fluorescencji chalkogenku; c, czas życia fluorescencji; df, widma fluorescencji zależne od temperatury dotyczące intensywności luminescencji, szerokości połowy wysokości i wykresy położenia piku
Postęp Szanghajskiego Instytutu Maszyn Optycznych w badaniach ultraszybkich laserów wysokiej częstotliwości i dużej mocy przy wysokiej częstotliwości grawimetrycznej
af, mechanizm dynamiki wzmocnienia; gi, złożony mechanizm dynamiki
a, widma wyjściowe lasera z wnęką pionową o mniejszej długości fali; b, schemat wejścia-wyjścia lasera; c, interferogram laserowy; d, wykres punktowy mocy lasera; e, schemat podwodnego lasera; f, widmo wyjściowe lasera podwodnego; g, 20 dni stabilnej wydajności lasera podwodnego
W badaniu wykorzystano strategię współodparowania z trzech źródeł wspomaganą ligandem w celu opracowania wysokiej jakości cienkowarstwowych mediów wzmacniających chalkogenidki poprzez wprowadzenie dodatków spowalniających krystalizację, osiągających pasywację defektów i modulację ograniczoną do domeny. Badanie potwierdza, że zoptymalizowane cienkie warstwy chalkogenku mają doskonałe właściwości kompozytu nośnego i zwiększone wzmocnienie optyczne dzięki eksperymentom z ultraszybką spektroskopią absorpcji przejściowych. Zainspirowana wspomnianym wyżej wysokim wzmocnieniem, skonstruowano prostą symetryczną strukturę opartą na przezroczystym symetrycznym arkuszu SiO2 w celu uzyskania niskoprogowego (13 μJ/cm2) jednomodowego, termicznie odparowanego lasera chalkogenkowego o skali podfalowej (120 nm), który może pracować stabilnie i w trybie jednomodowym pod wodą przez ponad 20 dni, a jego długość koherencji dalekiego zasięgu (115,6 μm) i wysoka polaryzacja liniowa (82%) dodatkowo potwierdzają doskonałą wydajność tego zminiaturyzowanego lasera. Długość koherencji dalekiego zasięgu (115,6 μm) i wysoka polaryzacja liniowa (82%) dodatkowo potwierdzają doskonałość tego zminiaturyzowanego lasera. Oczekuje się, że połączenie tej zwartej i prostej przezroczystej struktury pionowej wnęki oraz procesu odparowania termicznego zapewni prostą, solidną i niezawodną strategię masowej produkcji przyszłych laserów chalkogenkowych kompatybilnych z fotoniką krzemową oraz wesprze rozwój nowych typów chalkogenkowych urządzeń optoelektronicznych z poprawiona wydajność.
Badania są wspierane przez Chiński Narodowy Program Kluczowych Badań i Rozwoju, Chińską Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych oraz Szanghajski Program Pilotażowy Badań Podstawowych.
