Vytvořen nový jednovidový polovodičový laser: Současné škálování vysokého výkonu a velikosti
Vědci z Kalifornské univerzity v Berkeley (UC Berkeley) nedávno vyvinuli nový typ polovodičového laseru s názvem BerkSEL. Výsledky byly zveřejněny v časopise Nature 29. června.
Schéma Berkley Surface Emission Laser (BerkSEL), s paprskem pumpy v modré a laserovým paprskem v červené.
Současné zvyšování velikosti a výkonu jednovidových laserů bylo výzvou v optice od roku 1960, kdy byl postaven první laser. A tato práce ukazuje, že velikost nemusí být na úkor koherence, která umožňuje laserům být výkonnější a stabilní a překonávají delší vzdálenosti v mnoha aplikacích.
Tým výzkumníků vedený Boubacarem Kantém, docentem na katedře elektrotechniky a informatiky (EECS) na University of California, Berkeley, a vědci z divize Materials Science v Lawrence Berkeley National Laboratory demonstrovali polovodičový film s jednotným rozmístěné a stejně velké perforace otvorů, které mohou fungovat jako škálovatelná laserová dutina. Výsledky ukazují, že laserový paprsek vyzařuje konzistentní jedinou vlnovou délku bez ohledu na velikost této laserové dutiny.
V konvenčních laserech se koherentní směrové světlo s jednou vlnovou délkou začíná rozpadat, když se zvětšuje velikost dutiny laseru. Standardním řešením je použití externího mechanismu, jako je vlnovod pro zesílení paprsku, ale to zabírá hodně místa. Odstraněním potřeby externího zesílení mohou nyní výzkumníci zmenšit velikost a zvýšit účinnost počítačových čipů a dalších komponent závislých na laseru.
Tato práce je zvláště relevantní pro technologii vertikálního povrchového emitujícího laseru (VCSEL). Ve VCSELS je světlo vyzařováno vertikálně z horního povrchu čipu. VCSEL jsou obvykle široké pouze několik mikronů a současná strategie používaná ke zvýšení jejich výkonu je shlukování stovek jednotlivých VCSELů dohromady. Protože jsou lasery nezávislé, mají různé fáze a vlnové délky, takže jejich síly se nekombinují koherentně - což je přijatelné v aplikacích, jako je rozpoznávání obličeje, ale zcela nefunkční v aplikacích, kde je přesnost kritická, jako je komunikace nebo chirurgie.
Laserový design "BerkSEL" vyvinutý v UC Berkeley umožňuje efektivnější emisi světla v jednom režimu, založenou především na fyzikálních vlastnostech světla procházejícího otvory v tenkých filmech. Film, který vyvinuli, je 200-nm silný fosfid arsenidu india a galia (polovodič běžně používaný ve vláknové optice a telekomunikační technologii). Vědci poznamenávají, že tyto pravidelné díry jsou vyleptány fotolitografií a musí mít pevnou velikost, tvar a vzdálenost – jsou schopny fungovat jako Diracovy body, což je topologická vlastnost dvourozměrných materiálů založená na lineární disperzi energie.
Dále, protože fáze světla šířícího se z jednoho bodu do druhého se rovná indexu lomu vynásobenému ujetou vzdáleností. Protože je index lomu v Diracově bodě nulový, je světlo vyzařované z různých částí polovodiče v přesně stejné fázi a je tedy opticky totožné. Walid Redjem, spoluautor studie a postdoktorand EECS, řekl: „Film v naší studii má asi 3,{2}} díry, ale teoreticky by mohl mít milion nebo miliardu děr a výsledek bylo by to stejné."
Vědci nyní používají vysokoenergetický pulzní laser k optickému čerpání a napájení zařízení BerkSEL a měření emisí z každé apertury pomocí konfokálního mikroskopu optimalizovaného pro blízkou infračervenou spektroskopii. Úpravou konstrukčních specifikací, jako je velikost otvoru a polovodičový materiál, mohou polovodičové lasery „BerkSELs“ vyzařovat na různých cílových vlnových délkách.
Pokud se chcete dozvědět více informací o MRJ-Laser, navštivte:
Laserový čisticí stroj:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleaning-machine/
Laserový značkovací stroj:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Laserový svařovací stroj:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
