Bilim adamları, daha düşük güçlü pompa lazerleri getirmesi beklenen oda sıcaklığında kızılötesi lazer üretimini başarıyla başardılar.

The lazerlerDünyanın optik iletişim ağlarını aydınlatmak için kullanılan ışıklar genellikle erbiyum katkılı fiberlerden veya III-V yarı iletkenlerden yapılır, çünkü bunlarlazerleroptik fiberler aracılığıyla iletilebilen kızılötesi dalga boylarını yayabilir. Ancak aynı zamanda bu malzemenin geleneksel silikon elektroniklerle entegrasyonu da kolay değil.

Yeni bir çalışmada, İspanya'daki bilim insanları gelecekte CMOS üretim sürecinin bir parçası olarak optik fiberler boyunca kaplanabilen veya doğrudan silikon üzerine biriktirilebilen kızılötesi lazerler üretmelerinin beklendiğini söyledi. Özel olarak tasarlanmış bir optik boşluğa entegre edilen koloidal kuantum noktalarının,lazeroda sıcaklığında bir optik iletişim penceresinden ışık.

Kuantum noktaları elektron içeren nano ölçekli yarı iletkenlerdir. Elektronların enerji seviyeleri gerçek atomların enerji seviyelerine benzer. Genellikle kuantum nokta kristallerinin kimyasal öncülerini içeren kolloidlerin ısıtılmasıyla üretilirler ve boyutları ve şekilleri değiştirilerek ayarlanabilen fotoelektrik özelliklere sahiptirler. Şimdiye kadar fotovoltaik hücreler, ışık yayan diyotlar ve foton dedektörleri dahil olmak üzere çeşitli cihazlarda yaygın olarak kullanıldılar.

2006 yılında Kanada'daki Toronto Üniversitesi'nden bir ekip, kızılötesi lazerler için kurşun sülfit koloidal kuantum noktalarının kullanımını gösterdi, ancak elektronların ve deliklerin Auger rekombinasyonunu termal olarak uyarmayı önlemek için bunun düşük sıcaklıklarda yapılması gerekiyor. Geçtiğimiz yıl, Çin'in Nanjing kentindeki araştırmacılar, gümüş selenitten yapılmış noktaların ürettiği kızılötesi lazerleri bildirdiler, ancak bunların rezonatörleri oldukça kullanışsızdı ve ayarlanması zordu.

İspanya'daki Barselona Teknoloji Enstitüsü'nden Gerasimos Konstantatos ve meslektaşları, en son araştırmada, oda sıcaklığında kızılötesi lazerler elde etmek için dağıtılmış geri bildirim boşluğu adı verilen bir yönteme güvendiler. Bu yöntem, çok dar bir dalga boyu bandını sınırlamak için bir ızgara kullanır ve bu da tek bir lazer moduna neden olur.

Izgarayı yapmak için araştırmacılar, safir substrat üzerine desenler kazımak amacıyla elektron ışın litografisini kullandılar. Optik pompanın ürettiği ısının çoğunu uzaklaştırabilen yüksek termal iletkenliği nedeniyle safiri seçtiler; bu ısı, lazerin yeniden birleşmesine ve lazer çıktısının kararsız olmasına neden olacaktır.

Daha sonra Konstantatos ve meslektaşları, 850 nanometre ile 920 nanometre arasında değişen farklı aralıklara sahip dokuz ızgaraya kurşun sülfür kuantum nokta kolloidi yerleştirdiler. Ayrıca 5,4 nm, 5,7 nm ve 6,0 nm çapında üç farklı boyutta kuantum noktası kullandılar.

Oda sıcaklığı testinde ekip, iletişim c-bandı, l-bandı ve u-bandında 1553 nm'den 1649 nm'ye kadar tam genişliğe, maksimum değerin yarısına, 0,9'a kadar ulaşan lazerler üretebildiğini gösterdi. meV. Ayrıca n katkılı kurşun sülfür nedeniyle pompalama yoğunluğunu yaklaşık %40 oranında azaltabileceklerini de buldular. Konstantatos, bu azalmanın daha pratik, daha düşük güçlü pompa lazerlerinin önünü açacağına ve hatta elektrikli pompalamanın önünü açabileceğine inanıyor.

Potansiyel uygulamalara gelince Konstantatos, kuantum nokta çözümünün entegre devreler içinde veya arasında ucuz, verimli ve hızlı iletişim sağlamak için yeni CMOS entegre lazer kaynakları getirebileceğini söyledi. Kızılötesi lazerlerin insan görüşüne zararsız olduğu düşünülürse Lidar'ı da iyileştirebileceğini ekledi.

Bununla birlikte, lazerler kullanıma sunulmadan önce araştırmacıların öncelikle sürekli dalga veya uzun darbeli pompa kaynaklarına sahip lazerlerin kullanımını göstermek için malzemelerini optimize etmeleri gerekir. Bunun nedeni pahalı ve hantal pikosaniye altı lazerlerin kullanımından kaçınmaktır. Konstantatos şunları söyledi: "Nanosaniye darbeleri veya sürekli dalgalar, diyot lazerleri kullanmamıza olanak tanıyacak ve bu da onu daha pratik bir ayar haline getirecek."