京都大學(xué)的光子學(xué)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用中的材料，包括鋼。但這種系統(tǒng)的用戶更愿意使用半導(dǎo)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(yīng)相關(guān)的光束質(zhì)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(yīng)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(jié)構(gòu)。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(dǎo)致相關(guān)的亮度增加到 1 GW/cm²/str - 足夠高，適合工業(yè)應(yīng)用。

增加直徑尺寸會導(dǎo)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(dǎo)致光束質(zhì)量下降，產(chǎn)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(nèi)部反射器層。為了嵌入光子晶體，該團隊在晶體層中設(shè)計了一個孔圖案，以有用的方式偏轉(zhuǎn)光線，從而產(chǎn)生發(fā)散度很小的光束。

為了防止振蕩問題，該團隊還調(diào)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(shù)來制造光子晶體，從而加快生產(chǎn)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(chǎn)生1千瓦的光束。

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