Nel campo delle sorgenti di semi laser a fibra e dei sensori di precisione,Il raggiungimento del perfetto equilibrio tra potenza di uscita elevata e efficienza di accoppiamento della fibra è stato a lungo la "zona delle acque profonde" della progettazione del laser semiconduttoreI tradizionali laser a guida d'onda a banda larga hanno un potenziale di potenza elevata.Ma il loro fattore di confinamento ottico estremamente basso spesso impedisce l'oscillazione del laser, come avere un motore potente che non può guidare un veicolo.Come possiamo superare questa situazione di stallo fisico per mantenere i vantaggi strutturali dei disegni a larga banda e allo stesso tempo raggiungere un'efficiente uscita monomodo?

In un laser a guida d'onda ottica convenzionale accoppiato a una lastra da 1064 nm, gli ingegneri utilizzano in genere guide d'onda a larga cresta (w_gTuttavia, secondo la teoria di Marcatili, il mantenimento di un funzionamento monomodo con larghe creste richiede spessori di lastra efficaci proporzionalmente maggiori.Questo disperde inevitabilmente l' energia del modo fondamentale, riducendo i fattori di confinamento ottico fino a 9,9088 × 10−5. In tali configurazioni la distribuzione del campo luminoso si discosta fortemente dalla regione attiva,impedire al laser di raggiungere la soglia ̇ la "prima barriera" che i progettisti devono superare.

Per risolvere questa sfida, i ricercatori hanno sviluppato un approccio innovativo: incorporare strutture cristalline fotoniche all'interno di guide d'onda tradizionali.Inserendo con precisione 10 strati di Al a basso indice di rifrazione_0.3GaAs nel livello di guida d'onda di tipo N, il team ha modificato con successo la distribuzione dell'indice di rifrazione della guida d'onda.

1Controllo di precisione del campo luminoso:La modulazione periodica impedisce la diffusione della luce incontrollata, guidando invece efficacemente il campo verso la regione attiva.9088 × 10−5 a 0.009468 ∙ fornire energia sufficiente per la soglia di laser.

2Filtraggio di modalità di ordine superiore:Il cristallo fotonico agisce non solo come un "concentratore di luce" ma anche come un filtro.la struttura forma una distribuzione completa dell'indice di rifrazione periodico che filtra automaticamente i modi di ordine superiore, garantendo un funzionamento in modalità unica pur nonostante l'ampia cresta.

Dopo un'ottimizzazione rigorosa, il progetto dimostra una qualità di fascio eccezionale.3° (laterale), con una distribuzione di punti circolare quasi perfetta.Questa caratteristica consente un accoppiamento diretto con le fibre mono-mode, eliminando i sistemi di lente complessi e riducendo significativamente la complessità e i costi di integrazione per i sistemi laser a fibra.

La composizione dei materiali e gli attuali parametri dello spessore dello strato hanno confermato la fattibilità del concetto.Progetti futuri che prevedono la scansione a parametri completi e l'ottimizzazione accoppiata della composizione materiale degli strati a basso indice, il numero di inserzioni e lo spessore potrebbero migliorare ulteriormente i fattori di confinamento ottico e migliorare la distribuzione del campo di modalità.Questo progetto fotonico di guida d'onda a banda larga progettato in cristallo traccia un chiaro percorso evolutivo per la prossima generazione di laser a semiconduttori ad alte prestazioni.