阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)證明了一種改變緊湊型半導(dǎo)體激光器使其更適用于照明和全息照相的簡(jiǎn)單方法。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在近期的Optica雜志上。
半導(dǎo)體技術(shù)允許將激光器的所有元件封裝到微米級(jí)器件中，這包括一個(gè)光學(xué)活性的光放大區(qū)域，每側(cè)都有一個(gè)高反射鏡。
垂直腔表面發(fā)射激光器或VCSEL，是通過在襯底上精確地放置或生長(zhǎng)交替的半導(dǎo)體層來(lái)制造高反射鏡。然后在頂部生長(zhǎng)活性材料，隨后生長(zhǎng)第二反射鏡。然后可以從設(shè)備的頂部發(fā)射激光。
混沌腔表面發(fā)射激光器陣列的示意圖。這種新型激光陣列結(jié)合了混沌腔和表面發(fā)射配置的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量的照明和高速通信。
VCSEL是有利的，因?yàn)榭梢栽谕换迳贤瑫r(shí)創(chuàng)建和使用數(shù)百個(gè)VCSEL。但光束容易出現(xiàn)斑點(diǎn)狀輪廓，這使得它不適合照明、全息術(shù)、投影和顯示器等應(yīng)用。這些都需要在垂直于光束傳播方向的平面內(nèi)均勻的光。
斑點(diǎn)源于腔的高度有序性，這只允許發(fā)射少量的模式或光線軌跡。研究人員Omar Alkhazragi解釋道：“VCSEL利用一個(gè)有序的腔，只允許在少數(shù)模式下以極高的效率進(jìn)行光的共振。”。“這些模式下的光子相互干擾，導(dǎo)致斑點(diǎn)和低照明質(zhì)量。”
Alkhazragi和KAUST的同事，以及來(lái)自中國(guó)的同事，已經(jīng)證明通過改變器件的形狀來(lái)打破腔的對(duì)稱性，就可以減少VCSEL激光中的斑點(diǎn)。這在生成的光中引入了混沌行為，并允許發(fā)射更多的模式。
Alkhazragi和團(tuán)隊(duì)研究了具有D形腔的VCSEL，并將其與具有標(biāo)準(zhǔn)圓柱形或O形幾何形狀的VCSEL進(jìn)行了比較。他們觀察到，D形器件表現(xiàn)出顯著降低的相干性和相應(yīng)的60%的光功率增加，這是可實(shí)現(xiàn)的最大值。
研究人員將這種改善歸因于腔內(nèi)光線的混沌動(dòng)力學(xué)。由于光是以相互不相干的模式發(fā)射的，因此散斑的可見性降低。
Alkhazragi說：“機(jī)器學(xué)習(xí)可以幫助設(shè)計(jì)空腔，進(jìn)一步最大化模式數(shù)量，降低相干性，從而將斑點(diǎn)密度降低到低于人類感知。”
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