Oamenii de știință au realizat cu succes generarea laserului infraroșu la temperatura camerei, ceea ce se așteaptă să aducă lasere cu pompă de putere mai mică

Thelaserefolosite pentru a ilumina rețelele de comunicații optice ale lumii sunt de obicei realizate din fibre dopate cu erbiu sau semiconductori III-V, deoarece acestealaserepoate emite lungimi de undă în infraroșu care pot fi transmise prin fibre optice. Cu toate acestea, în același timp, acest material nu este ușor de integrat cu electronicele tradiționale din siliciu.

Într-un nou studiu, oamenii de știință din Spania au spus că în viitor se așteaptă să producă lasere cu infraroșu care pot fi acoperite de-a lungul fibrelor optice sau depuse direct pe siliciu, ca parte a procesului de fabricație CMOS. Ei au demonstrat că punctele cuantice coloidale integrate într-o cavitate optică special proiectată pot generalaserlumina printr-o fereastră de comunicare optică la temperatura camerei.

Punctele cuantice sunt semiconductori la scară nanometrică care conțin electroni. Nivelurile de energie ale electronilor sunt similare cu cele ale atomilor reali. Ele sunt de obicei fabricate prin încălzirea coloizilor care conțin precursori chimici ai cristalelor cu puncte cuantice și au proprietăți fotoelectrice care pot fi ajustate prin modificarea dimensiunii și formei lor. Până în prezent, acestea au fost utilizate pe scară largă în diferite dispozitive, inclusiv celule fotovoltaice, diode emițătoare de lumină și detectoare de fotoni.

În 2006, o echipă de la Universitatea din Toronto din Canada a demonstrat utilizarea punctelor cuantice coloidale cu sulfură de plumb pentru laserele cu infraroșu, dar trebuie făcută la temperaturi scăzute pentru a evita excitarea termică a recombinării Auger a electronilor și găurilor. Anul trecut, cercetătorii din Nanjing, China, au raportat despre laserele în infraroșu produse de puncte din seleniră de argint, dar rezonatoarele lor au fost destul de impracticabile și greu de ajustat.

În cele mai recente cercetări, Gerasimos Konstantatos de la Institutul de Tehnologie din Barcelona din Spania și colegii săi s-au bazat pe așa-numita cavitate de feedback distribuit pentru a realiza lasere cu infraroșu la temperatura camerei. Această metodă utilizează o rețea pentru a limita o bandă de lungime de undă foarte îngustă, rezultând un singur mod laser.

Pentru a realiza grătarul, cercetătorii au folosit litografia cu fascicul de electroni pentru a grava modele pe substratul de safir. Ei au ales safirul din cauza conductivității sale termice ridicate, care poate elimina cea mai mare parte a căldurii generate de pompa optică - această căldură va face ca laserul să se recombine și va face ieșirea laserului instabilă.

Apoi, Konstantatos și colegii săi au plasat un coloid cu punct cuantic de sulfură de plumb pe nouă rețele cu pasi diferite, variind de la 850 de nanometri la 920 de nanometri. De asemenea, au folosit trei dimensiuni diferite de puncte cuantice cu diametre de 5,4 nm, 5,7 nm și 6,0 nm.

Într-un test la temperatura camerei, echipa a demonstrat că poate genera lasere în banda C, L și U, de la 1553 nm la 1649 nm, atingând lățimea completă, jumătate din valoarea maximă, până la 0,9. meV. De asemenea, au descoperit că, datorită sulfurei de plumb n-dopate, pot reduce intensitatea de pompare cu aproximativ 40%. Konstantatos consideră că această reducere va deschide calea pentru lasere cu pompe mai practice, de putere redusă și poate chiar deschide calea pentru pomparea electrică.

În ceea ce privește potențialele aplicații, Konstantatos a spus că soluția cu punct cuantic poate aduce noi surse laser integrate CMOS pentru a realiza o comunicare ieftină, eficientă și rapidă în interiorul sau între circuitele integrate. El a adăugat că, având în vedere că laserele cu infraroșu sunt considerate inofensive pentru vederea umană, poate îmbunătăți și lidarul.

Cu toate acestea, înainte ca laserele să poată fi puse în funcțiune, cercetătorii trebuie mai întâi să își optimizeze materialele pentru a demonstra utilizarea laserelor cu surse de pompă cu undă continuă sau impuls lung. Motivul pentru aceasta este evitarea folosirii laserelor sub-picosecunde scumpe și voluminoase. Konstantatos a spus: „Impulsurile în nanosecunde sau undele continue ne vor permite să folosim lasere cu diode, făcându-l o setare mai practică”.