The
laserjiki se uporabljajo za osvetlitev svetovnih optičnih komunikacijskih omrežij, so običajno izdelana iz vlaken, dopiranih z erbijem, ali polprevodnikov III-V, ker ti
laserjilahko oddaja infrardeče valovne dolžine, ki se lahko prenašajo skozi optična vlakna. Vendar pa hkrati tega materiala ni enostavno integrirati s tradicionalno silikonsko elektroniko.
V novi študiji so španski znanstveniki povedali, da naj bi v prihodnosti proizvajali infrardeče laserje, ki jih je mogoče premazati 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, ustvarijo
lasersvetloba skozi optično komunikacijsko okno pri sobni temperaturi.
Kvantne pike so polprevodniki v nano skali, ki vsebujejo elektrone. Energijske ravni elektronov so podobne ravni resničnih atomov. Običajno se proizvajajo s segrevanjem koloidov, ki vsebujejo kemične predhodnike kristalov kvantnih pik, in imajo fotoelektrične lastnosti, ki jih je mogoče prilagoditi s spreminjanjem njihove velikosti in oblike. Doslej so bili široko uporabljeni v različnih napravah, vključno s fotonapetostnimi celicami, svetlečimi diodami in fotonskimi detektorji.
Leta 2006 je skupina z univerze v Torontu v Kanadi dokazala uporabo svinčevih sulfidnih koloidnih kvantnih pik za infrardeče laserje, vendar je to treba storiti pri nizkih temperaturah, da se izognemo toplotno vzbujajoči Augerjevi rekombinaciji elektronov in lukenj. Lani so raziskovalci iz Nanjinga 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 z Barcelonskega tehnološkega inštituta 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 omejitev zelo ozkega pasu valovne dolžine, kar ima za posledico en sam laserjiki način.
Za izdelavo rešetke so raziskovalci uporabili litografijo z elektronskim žarkom za jedkanje vzorcev na safirni substrat. Izbrali so safir zaradi njegove visoke toplotne prevodnosti, ki lahko odvzame večino toplote, ki jo ustvari optična črpalka - ta toplota bo povzročila rekombinacijo laserja in bo laserjiki izhod postal nestabilen.
Nato so Konstantatos in njegovi sodelavci postavili koloid kvantne pike svinčevega sulfida na devet rešetk z različnimi višinami, ki segajo 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 sobne temperature je ekipa pokazala, da lahko generira laserje v komunikacijskem pasu c, l in u, od 1553 nm do 1649 nm, pri čemer doseže celotno širino, polovico največje vrednosti, vse do 0,9 meV. Ugotovili so tudi, da lahko zaradi svinčevega sulfida, dopiranega z n, zmanjšajo intenzivnost črpanja za približno 40%. Konstantatos verjame, da bo to zmanjšanje utrlo pot za bolj praktične laserjike črpalke z manjšo močjo in bi lahko celo utrlo pot električnemu črpanju.
Kar zadeva potencialne aplikacije, je Konstantatos dejal, da lahko rešitev kvantnih pik prinese nove integrirane laserjike 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 bi dokazali uporabo laserjev z viri neprekinjenih valov ali dolgih impulznih črpalk. 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 bolj praktična nastavitev."
