京都大學的光子學和電子工程師團隊找到了一種方法來克服光子晶體表面發(fā)射激光器（PCSEL）的缺點，這些缺點阻礙了它們在工業(yè)規(guī)模的切割應用中的使用。在他們發(fā)表在《自然》雜志上的研究中，該小組對傳統(tǒng)的PCSEL進行了更改，以賦予此類應用所需的亮度。

目前，氣體和固態(tài)激光器用于切割工業(yè)規(guī)模應用中的材料，包括鋼。但這種系統(tǒng)的用戶更愿意使用半導體激光器，因為它們的體積和能源密集度要小得多。不幸的是，由于與多模振蕩和熱不穩(wěn)定效應相關的光束質量問題，這種激光器不適合這樣的工作。在這項新的努力中，日本的研究團隊找到了克服這些問題的方法，允許創(chuàng)建可用于工業(yè)規(guī)模應用的PCSEL。

開發(fā)直徑為3毫米的PCSEL和脈沖操作下極窄光束發(fā)散的演示。

為了克服這些問題，工程師改變了PCSEL的結構。其中一個變化涉及將直徑尺寸從1毫米增加到3毫米，允許高達50瓦的功率輸出。尺寸的增加導致相關的亮度增加到 1 GW/cm²/str - 足夠高，適合工業(yè)應用。

增加直徑尺寸會導致橫向振蕩問題，這是意料之中的。如果不進行校正，它們會導致光束質量下降，產生的熱量也會增加。為了克服這些問題，該團隊在激光器中嵌入了光子晶體，并修改了內部反射器層。為了嵌入光子晶體，該團隊在晶體層中設計了一個孔圖案，以有用的方式偏轉光線，從而產生發(fā)散度很小的光束。

為了防止振蕩問題，該團隊還調整了PCSEL的底層，以增加不需要的垂直模式的損失。他們改變了熱折射率，通過修改光子晶體中的氣孔來減少熱引起的問題。他們使用納米壓印光刻技術來制造光子晶體，從而加快生產速度。

研究人員計劃繼續(xù)擴大他們的激光器，希望將直徑提高到10毫米，這將允許產生1千瓦的光束。

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