A tudósok sikeresen megvalósították az infravörös lézergenerálást szobahőmérsékleten, ami várhatóan alacsonyabb teljesítményű pumpás lézereket eredményez

AlézerekA világ optikai kommunikációs hálózatainak megvilágítására használt hálók általában erbiummal adalékolt szálakból vagy III-V félvezetőkből készülnek, mert ezeklézerekinfravörös hullámhosszokat bocsát ki, amelyek optikai szálakon keresztül továbbíthatók. Ugyanakkor ezt az anyagot nem könnyű integrálni a hagyományos szilícium elektronikával.

Egy új tanulmányban spanyol tudósok azt mondták, hogy a jövőben várhatóan olyan infravörös lézereket fognak gyártani, amelyeket optikai szálak mentén lehet bevonni, vagy közvetlenül szilíciumra lehet felvinni a CMOS gyártási folyamat részeként. Bebizonyították, hogy egy speciálisan kialakított optikai üregbe integrált kolloid kvantumpontok képesek generálnilézerfény egy optikai kommunikációs ablakon keresztül szobahőmérsékleten.

A kvantumpontok nanoméretű félvezetők, amelyek elektronokat tartalmaznak. Az elektronok energiaszintje hasonló a valódi atomokéhoz. Általában kvantumpontkristályok kémiai prekurzorait tartalmazó kolloidok hevítésével állítják elő, és fotoelektromos tulajdonságaik méretük és alakjuk változtatásával állíthatók. Eddig széles körben használták különféle eszközökben, köztük fotovoltaikus cellákban, fénykibocsátó diódákban és fotondetektorokban.

2006-ban a Kanadai Torontói Egyetem csapata bemutatta az ólom-szulfid kolloid kvantumpontok használatát infravörös lézerekhez, de ezt alacsony hőmérsékleten kell elvégezni, hogy elkerüljük az elektronok és lyukak Auger-rekombinációjának termikus gerjesztését. Tavaly a kínai nankingi kutatók ezüst-szelenidből készült pöttyökkel előállított infravörös lézerekről számoltak be, de ezek rezonátorai meglehetősen kivitelezhetetlenek és nehezen állíthatók voltak.

Gerasimos Konstantatos, a spanyol Barcelonai Technológiai Intézet munkatársa és munkatársai a legújabb kutatásban egy úgynevezett elosztott visszacsatoló üregre támaszkodtak az infravörös lézerek szobahőmérsékleten való eléréséhez. Ez a módszer egy rácsot használ egy nagyon keskeny hullámhossz-sáv korlátozására, ami egyetlen lézermódot eredményez.

A rács elkészítéséhez a kutatók elektronsugaras litográfiát alkalmaztak, hogy mintákat martak a zafír hordozóra. A zafírt a nagy hővezető képessége miatt választották, amely képes elvenni az optikai szivattyú által termelt hő nagy részét – ez a hő a lézer rekombinációját okozza, és instabillá teszi a lézerkimenetet.

Ezután Konstantatos és munkatársai egy ólom-szulfid kvantumpontkolloidot helyeztek el kilenc különböző osztású, 850 nanométertől 920 nanométerig terjedő rácsra. Három különböző méretű, 5,4 nm, 5,7 nm és 6,0 nm átmérőjű kvantumpontot is használtak.

Egy szobahőmérsékletű teszt során a csapat bebizonyította, hogy képes lézereket generálni a kommunikációs c-sávban, l-sávban és u-sávban, 1553 nm-től 1649 nm-ig, elérve a teljes szélességet, a maximális érték felét, egészen 0,9-ig. meV. Azt is megállapították, hogy az n-adalékolt ólom-szulfidnak köszönhetően körülbelül 40%-kal csökkenthetik a szivattyúzás intenzitását. Konstantatos úgy véli, hogy ez a csökkentés megnyitja az utat a praktikusabb, kisebb teljesítményű szivattyúlézerek számára, és akár az elektromos szivattyúzás előtt is.

Ami a lehetséges alkalmazásokat illeti, Konstantatos elmondta, hogy a kvantumpont megoldás új CMOS integrált lézerforrásokat hozhat, amelyek olcsó, hatékony és gyors kommunikációt érhetnek el az integrált áramkörökön belül vagy között. Hozzátette, hogy tekintettel arra, hogy az infravörös lézereket ártalmatlannak tartják az emberi látásra, ez javíthatja a lidart is.

A lézerek használatba vétele előtt azonban a kutatóknak először optimalizálniuk kell anyagaikat, hogy bemutassák a folyamatos hullámú vagy hosszú impulzusú szivattyúforrásokkal működő lézerek használatát. Ennek az az oka, hogy kerülni kell a drága és terjedelmes szubpikoszekundumos lézerek használatát. Konstantatos elmondta: "A nanoszekundumos impulzusok vagy folyamatos hullámok lehetővé teszik számunkra, hogy dióda lézereket használjunk, így ez praktikusabb beállítás."