Ученые успешно добились генерации инфракрасного лазера при комнатной температуре, что, как ожидается, приведет к снижению мощности лазеров накачки.

The лазерыиспользуемые для освещения мировых сетей оптической связи, обычно изготавливаются из волокон, легированных эрбием, или полупроводников III-V, поскольку этилазерыможет излучать инфракрасные волны, которые можно передавать по оптическим волокнам. Однако в то же время этот материал нелегко интегрировать с традиционной кремниевой электроникой.

В новом исследовании испанские ученые заявили, что в будущем они, как ожидается, будут производить инфракрасные лазеры, которые можно будет наносить вдоль оптических волокон или наносить непосредственно на кремний в рамках производственного процесса КМОП. Они продемонстрировали, что коллоидные квантовые точки, интегрированные в специально разработанный оптический резонатор, могут генерироватьлазерсвет через окно оптической связи при комнатной температуре.

Квантовые точки — это наноразмерные полупроводники, содержащие электроны. Энергетические уровни электронов аналогичны уровням реальных атомов. Обычно они производятся путем нагрева коллоидов, содержащих химические предшественники кристаллов квантовых точек, и обладают фотоэлектрическими свойствами, которые можно регулировать, изменяя их размер и форму. До сих пор они широко использовались в различных устройствах, включая фотоэлектрические элементы, светодиоды и детекторы фотонов.

В 2006 году группа из Университета Торонто в Канаде продемонстрировала использование коллоидных квантовых точек сульфида свинца для инфракрасных лазеров, но это необходимо делать при низких температурах, чтобы избежать термического возбуждения оже-рекомбинации электронов и дырок. В прошлом году исследователи из Нанкина (Китай) сообщили об инфракрасных лазерах, создаваемых точками из селенида серебра, но их резонаторы были совершенно непрактичны и их трудно настраивать.

В последнем исследовании Герасимос Константатос из Барселонского технологического института в Испании и его коллеги использовали так называемый резонатор с распределенной обратной связью для получения инфракрасных лазеров при комнатной температуре. В этом методе используется решетка для ограничения очень узкого диапазона длин волн, в результате чего получается одна лазерная мода.

Чтобы сделать решетку, исследователи использовали электронно-лучевую литографию, чтобы вытравить узоры на сапфировой подложке. Они выбрали сапфир из-за его высокой теплопроводности, которая может отнять большую часть тепла, выделяемого оптической накачкой — это тепло вызовет рекомбинацию лазера и сделает выходную мощность лазера нестабильной.

Затем Константатос и его коллеги поместили коллоидные квантовые точки сульфида свинца на девять решеток с разным шагом в диапазоне от 850 до 920 нанометров. Они также использовали квантовые точки трех разных размеров диаметром 5,4 нм, 5,7 нм и 6,0 нм.

В ходе испытаний при комнатной температуре команда продемонстрировала, что она может генерировать лазеры в C-диапазоне, L-диапазоне и U-диапазоне связи от 1553 до 1649 нм, достигая полной ширины, половины максимального значения, всего 0,9. мэВ. Они также обнаружили, что благодаря n-легированному сульфиду свинца они могут снизить интенсивность накачки примерно на 40%. Константатос считает, что это сокращение проложит путь к более практичным лазерам накачки меньшей мощности и может даже открыть путь к электрической накачке.

Что касается потенциальных приложений, Константатос сказал, что решение на основе квантовых точек может принести новые КМОП-интегрированные лазерные источники для достижения дешевой, эффективной и быстрой связи внутри или между интегральными схемами. Он добавил, что, учитывая, что инфракрасные лазеры считаются безвредными для человеческого зрения, они также могут улучшить лидар.

Однако, прежде чем лазеры можно будет использовать, исследователи должны сначала оптимизировать свои материалы, чтобы продемонстрировать использование лазеров с источниками накачки непрерывного или длинного импульса. Причина этого заключается в том, чтобы избежать использования дорогих и громоздких субпикосекундных лазеров. Константатос сказал: «Наносекундные импульсы или непрерывные волны позволят нам использовать диодные лазеры, что сделает их более практичными».