The
лазеривикористовуються для освітлення світових оптичних комунікаційних мереж, як правило, виготовляються з легованих ербієм волокон або напівпровідників III-V, оскільки ці
лазериможе випромінювати інфрачервоні хвилі, які можуть передаватися через оптичні волокна. Однак, у той же час, цей матеріал непросто інтегрувати з традиційною кремнієвою електронікою.
У новому дослідженні вчені з Іспанії заявили, що в майбутньому вони, як очікується, вироблятимуть інфрачервоні лазери, на які можна наносити покриття вздовж оптичних волокон або наносити безпосередньо на кремній як частину виробничого процесу CMOS. Вони продемонстрували, що колоїдні квантові точки, інтегровані в спеціально розроблену оптичну порожнину, можуть генерувати
лазерсвітло через вікно оптичної комунікації при кімнатній температурі.
Квантові точки - це нанорозмірні напівпровідники, що містять електрони. Енергетичні рівні електронів подібні до рівня реальних атомів. Зазвичай вони виготовляються шляхом нагрівання колоїдів, що містять хімічні прекурсори кристалів квантових точок, і мають фотоелектричні властивості, які можна регулювати, змінюючи їх розмір і форму. До цих пір вони широко використовуються в різних пристроях, включаючи фотоелементи, світлодіоди та детектори фотонів.
У 2006 році команда з Університету Торонто в Канаді продемонструвала використання колоїдних квантових точок із сульфіду свинцю для інфрачервоних лазерів, але це потрібно робити за низьких температур, щоб уникнути термічного збудження Оже-рекомбінації електронів і дірок. Минулого року дослідники з Нанкіна, Китай, повідомили про інфрачервоні лазери, створені точками, виготовленими з селеніду срібла, але їхні резонатори були досить непрактичними та їх важко налаштувати.
В останньому дослідженні Герасимос Константатос з Барселонського технологічного інституту в Іспанії та його колеги покладалися на так звану розподілену порожнину зворотного зв’язку для створення інфрачервоних лазерів при кімнатній температурі. У цьому методі використовується решітка для обмеження дуже вузького діапазону довжин хвиль, що призводить до єдиної лазерної моди.
Щоб зробити решітку, дослідники використовували електронно-променеву літографію, щоб витравлювати візерунки на сапфіровій підкладці. Вони вибрали сапфір через його високу теплопровідність, яка може забрати більшу частину тепла, що виділяється оптичною накачкою. Це тепло призведе до рекомбінації лазера та зробить вихід лазера нестабільним.
Потім Константатос і його колеги помістили колоїдну квантову точку сульфіду свинцю на дев’ять ґраток із різним кроком у діапазоні від 850 до 920 нанометрів. Вони також використовували квантові точки трьох різних розмірів з діаметрами 5,4 нм, 5,7 нм і 6,0 нм.
Під час випробувань при кімнатній температурі команда продемонструвала, що може генерувати лазери в діапазоні c, l і u для зв’язку від 1553 нм до 1649 нм, досягаючи повної ширини, половини максимального значення, лише 0,9 меВ. Вони також виявили, що завдяки n-легованому сульфіду свинцю вони можуть знизити інтенсивність накачування приблизно на 40%. Константатос вважає, що це скорочення прокладе шлях для більш практичних лазерів накачування з меншою потужністю, і навіть може прокласти шлях для електричного накачування.
Що стосується потенційних застосувань, Константатос сказав, що рішення квантових точок може принести нові інтегровані лазерні джерела CMOS для досягнення дешевого, ефективного та швидкого зв’язку всередині або між інтегральними схемами. Він додав, що враховуючи те, що інфрачервоні лазери вважаються нешкідливими для людського зору, це також може покращити лідар.
Однак перш ніж використовувати лазери, дослідники повинні спочатку оптимізувати свої матеріали, щоб продемонструвати використання лазерів із безперервною хвилею або довгоімпульсним джерелом накачування. Причиною цього є уникнення використання дорогих і громіздких субпікосекундних лазерів. Константатос сказав: «Наносекундні імпульси або безперервні хвилі дозволять нам використовувати діодні лазери, що зробить це більш практичним налаштуванням».
