阿卜杜拉國王科技大學的科學家已經證明了一種改變緊湊型半導體激光器使其更適用于照明和全息照相的簡單方法。這項研究成果發(fā)表在近期的Optica雜志上。

半導體技術允許將激光器的所有元件封裝到微米級器件中，這包括一個光學活性的光放大區(qū)域，每側都有一個高反射鏡。

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交替的半導體層來制造高反射鏡。然后在頂部生長活性材料，隨后生長第二反射鏡。然后可以從設備的頂部發(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合了混沌腔和表面發(fā)射配置的優(yōu)勢，實現(xiàn)了高質量的照明和高速通信。

VCSEL是有利的，因為可以在同一基板上同時創(chuàng)建和使用數(shù)百個VCSEL。但光束容易出現(xiàn)斑點狀輪廓，這使得它不適合照明、全息術、投影和顯示器等應用。這些都需要在垂直于光束傳播方向的平面內均勻的光。

斑點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利用一個有序的腔，只允許在少數(shù)模式下以極高的效率進行光的共振?！?。“這些模式下的光子相互干擾，導致斑點和低照明質量?！?/p>

Alkhazragi和KAUST的同事，以及來自中國的同事，已經證明通過改變器件的形狀來打破腔的對稱性，就可以減少VCSEL激光中的斑點。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和團隊研究了具有D形腔的VCSEL，并將其與具有標準圓柱形或O形幾何形狀的VCSEL進行了比較。他們觀察到，D形器件表現(xiàn)出顯著降低的相干性和相應的60%的光功率增加，這是可實現(xiàn)的最大值。

研究人員將這種改善歸因于腔內光線的混沌動力學。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：“機器學習可以幫助設計空腔，進一步最大化模式數(shù)量，降低相干性，從而將斑點密度降低到低于人類感知?！?/p>

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