Forskere har med hell oppnådd generering av infrarød laser ved romtemperatur, noe som forventes å gi pumpelasere med lavere effekt

Delaseresom brukes til å belyse verdens optiske kommunikasjonsnettverk er vanligvis laget av erbium-dopete fibre eller III-V halvledere, fordi disselaserekan sende ut infrarøde bølgelengder som kan overføres gjennom optiske fibre. Men samtidig er dette materialet ikke lett å integrere med tradisjonell silisiumelektronikk.

I en ny studie sa forskere i Spania at de i fremtiden forventes å produsere infrarøde lasere som kan belegges langs optiske fibre eller avsettes direkte på silisium som en del av CMOS-produksjonsprosessen. De har vist at kolloidale kvanteprikker integrert i et spesialdesignet optisk hulrom kan genererelaserlys gjennom et optisk kommunikasjonsvindu ved romtemperatur.

Kvanteprikker er halvledere i nanoskala som inneholder elektroner. Energinivåene til elektroner er lik de til virkelige atomer. De produseres vanligvis ved å varme opp kolloider som inneholder kjemiske forløpere til kvantepunktkrystaller, og har fotoelektriske egenskaper som kan justeres ved å endre størrelse og form. Så langt har de vært mye brukt i forskjellige enheter, inkludert fotovoltaiske celler, lysdioder og fotondetektorer.

I 2006 demonstrerte et team fra University of Toronto i Canada bruken av blysulfid kolloidale kvanteprikker for infrarøde lasere, men det må gjøres ved lave temperaturer for å unngå termisk spennende Auger-rekombinasjon av elektroner og hull. I fjor rapporterte forskere i Nanjing, Kina om infrarøde lasere produsert av prikker laget av sølvselenid, men resonatorene deres var ganske upraktiske og vanskelige å justere.

I den siste forskningen stolte Gerasimos Konstantatos fra Barcelona Institute of Technology i Spania og hans kolleger på et såkalt distribuert feedback-hulrom for å oppnå infrarøde lasere ved romtemperatur. Denne metoden bruker et gitter for å begrense et veldig smalt bølgelengdebånd, noe som resulterer i en enkelt lasermodus.

For å lage gitteret brukte forskerne elektronstrålelitografi for å etse mønstre på safirsubstratet. De valgte safir på grunn av dens høye termiske ledningsevne, som kan ta bort mesteparten av varmen som genereres av den optiske pumpen - denne varmen vil få laseren til å rekombinere og gjøre laserutgangen ustabil.

Deretter plasserte Konstantatos og hans kolleger et kvantepunktkolloid av blysulfid på ni gitter med forskjellige tonehøyder, fra 850 nanometer til 920 nanometer. De brukte også tre forskjellige størrelser av kvanteprikker med diametre på 5,4 nm, 5,7 nm og 6,0 nm.

I en romtemperaturtest demonstrerte teamet at det kan generere lasere i kommunikasjonsc-båndet, l-båndet og u-båndet, fra 1553 nm til 1649 nm, og når full bredde, halvparten av maksimalverdien, så lavt som 0,9 meV. De fant også at på grunn av n-dopet blysulfid, kan de redusere pumpeintensiteten med omtrent 40 %. Konstantatos mener at denne reduksjonen vil bane vei for mer praktiske pumpelasere med lavere effekt, og kan til og med bane vei for elektrisk pumping.

Når det gjelder potensielle applikasjoner, sa Konstantatos at kvantepunktløsningen kan bringe nye CMOS-integrerte laserkilder for å oppnå billig, effektiv og rask kommunikasjon innenfor eller mellom integrerte kretser. Han la til at med tanke på at infrarøde lasere anses som ufarlige for menneskelig syn, kan det også forbedre lidar.

Men før lasere kan tas i bruk, må forskere først optimalisere materialene sine for å demonstrere bruken av lasere med kontinuerlige bølger eller lange pulspumper. Grunnen til dette er å unngå bruk av dyre og klumpete sub-pikosekundelasere. Konstantatos sa: "Nanosekundpulser eller kontinuerlige bølger vil tillate oss å bruke diodelasere, noe som gjør det til en mer praktisk setting."