Teadlased on edukalt saavutanud infrapunalaseri genereerimise toatemperatuuril, mis eeldatavasti toob kaasa väiksema võimsusega pumplasereid

Thelaseridmida kasutatakse maailma optiliste sidevõrkude valgustamiseks, on tavaliselt valmistatud erbiumiga legeeritud kiududest või III-V pooljuhtidest, kuna needlaseridvõib kiirata infrapuna lainepikkusi, mida saab edastada läbi optiliste kiudude. Kuid samal ajal pole seda materjali lihtne integreerida traditsioonilise ränielektroonikaga.

Uues uuringus ütlesid Hispaania teadlased, et tulevikus loodetakse neilt CMOS-i tootmisprotsessi osana toota infrapunalasereid, mida saab katta piki optilisi kiude või sadestada otse ränile. Nad on näidanud, et spetsiaalselt kavandatud optilisse õõnsusse integreeritud kolloidsed kvantpunktid võivad tekitadalaservalgus läbi optilise sideakna toatemperatuuril.

Kvantpunktid on nanomõõtmelised pooljuhid, mis sisaldavad elektrone. Elektronide energiatasemed on sarnased pärisaatomite energiatasemetega. Neid toodetakse tavaliselt kvantpunktkristallide keemilisi prekursoreid sisaldavate kolloidide kuumutamisel ja neil on fotoelektrilised omadused, mida saab reguleerida nende suurust ja kuju muutes. Seni on neid laialdaselt kasutatud erinevates seadmetes, sealhulgas fotogalvaanilistes elementides, valgusdioodides ja footonidetektorites.

2006. aastal demonstreeris Kanada Toronto ülikooli meeskond pliisulfiidi kolloidsete kvantpunktide kasutamist infrapunalaserite jaoks, kuid seda tuleb teha madalatel temperatuuridel, et vältida elektronide ja aukude Augeri rekombinatsiooni termilist erutamist. Eelmisel aastal teatasid Hiina Nanjingi teadlased infrapunalaseritest, mida toodavad hõbeseleniidist valmistatud punktid, kuid nende resonaatorid olid üsna ebapraktilised ja neid oli raske reguleerida.

Viimastes uuringutes tuginesid Gerasimos Konstantatos Barcelona Tehnoloogiainstituudist Hispaanias ja tema kolleegid nn hajutatud tagasiside õõnsusele, et saavutada toatemperatuuril infrapunalaserid. See meetod kasutab väga kitsa lainepikkuse riba piiramiseks võre, mille tulemuseks on üks laserrežiim.

Võre valmistamiseks kasutasid teadlased elektronkiire litograafiat, et söövitada mustrid safiirsubstraadile. Nad valisid safiiri selle kõrge soojusjuhtivuse tõttu, mis võib ära võtta suurema osa optilise pumba tekitatud soojusest – see soojus põhjustab laseri rekombineerumise ja muudab laseri väljundi ebastabiilseks.

Seejärel asetasid Konstantatos ja tema kolleegid pliisulfiidi kvantpunktkolloidi üheksale erineva sammuga võrele, vahemikus 850 nanomeetrit kuni 920 nanomeetrini. Nad kasutasid ka kolme erineva suurusega kvantpunkti läbimõõduga 5,4 nm, 5,7 nm ja 6,0 nm.

Toatemperatuuri testis näitas meeskond, et see suudab genereerida lasereid side c-riba, l-riba ja u-riba vahemikus 1553 nm kuni 1649 nm, saavutades täislaiuse, poole maksimaalsest väärtusest, kuni 0,9. meV. Samuti leidsid nad, et n-leegitud pliisulfiidi tõttu võivad nad vähendada pumpamise intensiivsust umbes 40%. Konstantatos usub, et see vähendamine sillutab teed praktilisematele, väiksema võimsusega pumbalaseritele ja võib isegi sillutada teed elektrilise pumpamise jaoks.

Võimalike rakenduste osas ütles Konstantatos, et kvantpunktilahendus võib tuua uusi CMOS-i integreeritud laserallikaid, et saavutada odav, tõhus ja kiire suhtlus integraallülituste sees või nende vahel. Ta lisas, et arvestades, et infrapunalasereid peetakse inimese nägemisele kahjutuks, võib see ka lidarit parandada.

Kuid enne laserite kasutuselevõttu peavad teadlased kõigepealt optimeerima oma materjale, et näidata laserite kasutamist pidevlaine või pika impulsspumba allikatega. Selle põhjuseks on kallite ja mahukate subpikosekundiliste laserite kasutamise vältimine. Konstantatos ütles: "Nanosekundilised impulsid või pidevad lained võimaldavad meil kasutada dioodlasereid, muutes selle praktilisemaks."