Создан новый одномодовый полупроводниковый лазер: одновременное масштабирование высокой мощности и размера
Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) недавно разработали новый тип полупроводникового лазера под названием BerkSEL. Результаты были опубликованы в журнале Nature 29 июня.
Схема поверхностного эмиссионного лазера Беркли (BerkSEL), с пучком накачки синего цвета и лазерным лучом красного цвета.
Одновременное увеличение размера и мощности одномодовых лазеров было проблемой в оптике с тех пор, как первый лазер был построен в 1960 году. И эта работа показывает, что размер не должен приходить за счет когерентности, что позволяет лазерам быть более мощными и стабильными и покрывать большие расстояния во многих приложениях.
Команда исследователей во главе с Бубакаром Канте, адъюнкт-профессором кафедры электротехники и компьютерных наук (EECS) в Калифорнийском университете в Беркли, и учеными из отдела материаловедения в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли продемонстрировали полупроводниковую пленку с равномерно расположенными и одинаковыми по размеру перфорациями отверстий, которая может действовать как масштабируемая лазерная полость. Результаты показывают, что лазерный луч излучает последовательную одну длину волны независимо от размера этой лазерной полости.
В обычных лазерах когерентный одноволновый направленный свет начинает распадаться по мере увеличения в размерах полости лазера. Стандартным решением является использование внешнего механизма, такого как волновод, для усиления луча, однако это занимает много места. Устраняя необходимость во внешнем усилении, исследователи теперь могут уменьшить размер и повысить эффективность компьютерных чипов и других лазерно-зависимых компонентов.
Эта работа особенно актуальна для технологии вертикальной резонаторной поверхности, излучающей лазер (VCSEL). В VCSELS свет излучается вертикально с верхней поверхности чипа. VCSEL, как правило, имеют ширину всего в несколько микрон, и текущая стратегия, используемая для повышения их мощности, заключается в объединении сотен отдельных VCSEL вместе. Поскольку лазеры независимы, они имеют разные фазы и длины волн, поэтому их мощности не объединяются когерентно, что приемлемо в таких приложениях, как распознавание лиц, но совершенно неработоспособно в приложениях, где точность имеет решающее значение, таких как связь или хирургия.
Лазерная конструкция «BerkSEL», разработанная в Калифорнийском университете в Беркли, делает возможным более эффективное одномодовое световое излучение, основанное в первую очередь на физических свойствах света, проходящего через отверстия в тонких пленках. Пленка, которую они разработали, представляет собой фосфид арсенида индия галлия толщиной 200 нм (полупроводник, обычно используемый в волоконной оптике и телекоммуникационных технологиях). Исследователи отмечают, что эти правильные отверстия вытравлены фотолитографией и должны иметь фиксированный размер, форму и расстояние — они способны выступать в качестве точек Дирака, топологической особенности двумерных материалов, основанной на линейной дисперсии энергии.
Кроме того, поскольку фаза распространения света из одной точки в другую равна показателю преломления, умноженному на пройденное расстояние. Поскольку показатель преломления равен нулю в точке Дирака, свет, излучаемый различными частями полупроводника, находится в одной и той же фазе и, следовательно, оптически идентичен. Валид Реджем, соавтор исследования и постдокторант EECS, сказал: «Фильм в нашем исследовании имеет около 3000 отверстий, но теоретически он может иметь миллион или миллиард отверстий, и результат будет таким же».
В настоящее время исследователи используют высокоэнергетический импульсный лазер для оптической накачки и питания устройства BerkSEL и измерения излучения от каждой диафрагмы с помощью конфокального микроскопа, оптимизированного для ближней инфракрасной спектроскопии. Регулируя конструктивные характеристики, такие как размер апертуры и полупроводниковый материал, полупроводниковые лазеры «BerkSEL» могут излучать на разных целевых длинах волн.
Если вы хотите узнать больше информации о MRJ-Laser, пожалуйста, посетите:
Лазерная очистительная машина:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleaning-machine/
Лазерная маркировочная машина:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Лазерный сварочный аппарат:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
