Znanstveniki so uspešno dosegli generacijo infrardečega laserja pri sobni temperaturi, kar naj bi prineslo laserje s črpalko manjše moči

Thelaserjiki se uporabljajo za osvetljevanje svetovnih optičnih komunikacijskih omrežij, so običajno izdelani iz vlaken, dopiranih z erbijem, ali polprevodnikov III-V, ker tilaserjilahko oddaja infrardeče valovne dolžine, ki se lahko prenašajo po optičnih vlaknih. Vendar pa hkrati tega materiala ni enostavno integrirati s tradicionalno silicijevo elektroniko.

V novi študiji so španski znanstveniki povedali, da naj bi v prihodnosti proizvajali infrardeče laserje, ki jih je mogoče prevleči vzdolž optičnih vlaken ali nanesti neposredno na silicij kot del proizvodnega procesa CMOS. Dokazali so, da lahko koloidne kvantne pike, integrirane v posebej oblikovano optično votlino, ustvarijolasersvetlobo skozi optično komunikacijsko okno pri sobni temperaturi.

Kvantne pike so polprevodniki nano velikosti, ki vsebujejo elektrone. Energijske ravni elektronov so podobne kot pri pravih atomih. Običajno so proizvedeni s segrevanjem koloidov, ki vsebujejo kemične prekurzorje kristalov kvantnih pik, in imajo fotoelektrične lastnosti, ki jih je mogoče prilagoditi s spreminjanjem njihove velikosti in oblike. Doslej so jih pogosto uporabljali v različnih napravah, vključno s fotonapetostnimi celicami, svetlečimi diodami in detektorji fotonov.

Leta 2006 je skupina z Univerze v Torontu v Kanadi pokazala uporabo koloidnih kvantnih pik svinčevega sulfida za infrardeče laserje, vendar je treba to storiti pri nizkih temperaturah, da se izognemo toplotnemu vzbujanju Augerjeve rekombinacije elektronov in lukenj. Lansko leto so raziskovalci v Nanjingu na Kitajskem poročali o infrardečih laserjih, ki jih proizvajajo pike iz srebrovega selenida, vendar so bili njihovi resonatorji precej nepraktični in jih je bilo težko prilagoditi.

V najnovejši raziskavi so se Gerasimos Konstantatos iz Barcelonskega inštituta za tehnologijo v Španiji in njegovi kolegi zanašali na tako imenovano porazdeljeno povratno votlino, da bi dosegli infrardeče laserje pri sobni temperaturi. Ta metoda uporablja rešetko za omejevanje zelo ozkega pasu valovne dolžine, kar povzroči en sam laserski način.

Za izdelavo rešetke so raziskovalci uporabili litografijo z elektronskim žarkom za jedkanje vzorcev na safirni podlagi. Safir so izbrali zaradi njegove visoke toplotne prevodnosti, ki lahko odvzame večino toplote, ki jo ustvari optična črpalka – ta toplota bo povzročila rekombinacijo laserja in naredila laserski izhod nestabilen.

Nato so Konstantatos in njegovi kolegi postavili koloid s kvantnimi pikami svinčevega sulfida na devet rešetk z različnimi koraki, v razponu od 850 nanometrov do 920 nanometrov. Uporabili so tudi tri različne velikosti kvantnih pik s premeri 5,4 nm, 5,7 nm in 6,0 nm.

V preskusu pri sobni temperaturi je ekipa dokazala, da lahko ustvari laserje v komunikacijskem c-pasu, l-pasu in u-pasu, od 1553 nm do 1649 nm, pri čemer doseže polno širino, polovico največje vrednosti, vse do 0,9. meV. Ugotovili so tudi, da lahko zaradi n-dopiranega svinčevega sulfida zmanjšajo intenzivnost črpanja za približno 40 %. Konstantatos verjame, da bo to zmanjšanje utrlo pot bolj praktičnim črpalnim laserjem z manjšo močjo in morda celo utrlo pot električnemu črpanju.

Kar zadeva možne aplikacije, je Konstantatos dejal, da lahko rešitev kvantne pike prinese nove integrirane laserske vire CMOS za doseganje poceni, učinkovite in hitre komunikacije znotraj ali med integriranimi vezji. Dodal je, da glede na to, da infrardeči laserji veljajo za neškodljive za človeški vid, lahko izboljša tudi lidar.

Vendar pa morajo raziskovalci, preden se laserji začnejo uporabljati, najprej optimizirati svoje materiale, da pokažejo uporabo laserjev z neprekinjenimi valovi ali viri črpalke z dolgimi impulzi. Razlog za to je izogibanje uporabi dragih in obsežnih subpikosekundnih laserjev. Konstantatos je dejal: "Nanosekundni impulzi ali neprekinjeni valovi nam bodo omogočili uporabo diodnih laserjev, zaradi česar bo to bolj praktična nastavitev."