阿卜杜拉國王科技大學(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單方法。這項研究成果發(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器件中。這包括一個光學(xué)活性的光放大區(qū)域，每側(cè)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(dǎo)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(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，實現(xiàn)了高質(zhì)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(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�！薄！斑@些模式下的光子相互干擾，導(dǎo)致斑點和低照明質(zhì)量。”

Alkhazragi和KAUST的同事，以及來自中國的同事，已經(jīng)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(yīng)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(nèi)光線的混沌動力學(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：“機器學(xué)習(xí)可以幫助設(shè)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�！�

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