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量子行走激光器被广泛的应用于医学,照明,自由空间无线电信,能量传输和材料加工等领域。相较于传统的气体和光纤/盘式激光器,半导体激光器具有更紧凑的结构和相对低廉的制作成本,因此,近年来半导体激光器有了长足的发展。然而,即使是使用了边缘发射型谐振器(edge-emitting-type resonators)的半导体激光器,在亮度上仍然比传统气体和固态/光纤激光器小一个数量级,同时其光束具有大的发散:包括强烈的不对称和象散现象(astigmatism)。来自日本京都大学的John Gelleta,Susumu Noda及其研究团队提出了一种基于双晶格光子晶体的谐振器。该谐振器由在x和y方向上错开四分之一操作波长的两个不同晶格光子晶体组成,其抑制高阶模式的振荡的能力比传统的单晶格光子晶体强一个数量级以上。因此,该光子晶体可以实现单(或低阶)模式操作,从而获得具有极高亮度,大发射面积和低发散的激光束。研究团队在脉冲条件下实现了大约10W的输出功率,极小的发散角(500μm直径的圆形发射区域,在x和y方向上的发散角小于0.3°),以及极高的亮度(超过300MW cm-2sr-1)。同时在连续波条件下获得了高达7W的输出功率。
更进一步的理论计算表明,优化过的双晶格光子晶体能够在保证1-10GW输出功率的前提下,达到比单晶格光子晶体宽两个数量级以上的发射直径。该研究对于亮度媲美传统激光器的紧凑型半导体激光器的发展有非常重要的指导意义。研究成果于近日发布在《Nature Materials》上。
来源:两江科技评论