Matagumpay na nakamit ng mga siyentipiko ang pagbuo ng infrared laser sa temperatura ng silid, na inaasahang magdadala ng mas mababang power pump lasers

Angmga laserna ginagamit upang ipaliwanag ang mga optical na network ng komunikasyon sa mundo ay karaniwang gawa sa erbium-doped fibers o III-V semiconductors, dahil ang mga itomga lasermaaaring maglabas ng mga infrared na wavelength na maaaring ipadala sa pamamagitan ng optical fibers. Gayunpaman, sa parehong oras, ang materyal na ito ay hindi madaling isama sa tradisyonal na silicon electronics.

Sa isang bagong pag-aaral, sinabi ng mga siyentipiko sa Spain na sa hinaharap ay inaasahang gagawa sila ng mga infrared laser na maaaring pahiran sa mga optical fiber o direktang ideposito sa silikon bilang bahagi ng proseso ng pagmamanupaktura ng CMOS. Ipinakita nila na ang mga colloidal quantum dots na isinama sa isang espesyal na idinisenyong optical na lukab ay maaaring makabuolaserliwanag sa pamamagitan ng isang optical na window ng komunikasyon sa temperatura ng silid.

Ang mga quantum dots ay nano-scale semiconductors na naglalaman ng mga electron. Ang mga antas ng enerhiya ng mga electron ay katulad ng sa mga tunay na atomo. Karaniwang ginagawa ang mga ito sa pamamagitan ng pag-init ng mga colloid na naglalaman ng mga chemical precursor ng mga quantum dot crystal, at may mga photoelectric na katangian na maaaring iakma sa pamamagitan ng pagbabago ng kanilang laki at hugis. Sa ngayon, malawakang ginagamit ang mga ito sa iba't ibang device, kabilang ang mga photovoltaic cell, light-emitting diodes, at photon detector.

Noong 2006, ipinakita ng isang koponan mula sa Unibersidad ng Toronto sa Canada ang paggamit ng lead sulfide colloidal quantum dots para sa infrared lasers, ngunit dapat itong gawin sa mababang temperatura upang maiwasan ang thermally exciting ang Auger recombination ng mga electron at hole. Noong nakaraang taon, ang mga mananaliksik sa Nanjing, China ay nag-ulat sa mga infrared laser na ginawa ng mga tuldok na gawa sa silver selenide, ngunit ang kanilang mga resonator ay medyo hindi praktikal at mahirap i-adjust.

Sa pinakabagong pananaliksik, si Gerasimos Konstantatos ng Barcelona Institute of Technology sa Spain at ang kanyang mga kasamahan ay umasa sa isang tinatawag na distributed feedback cavity upang makamit ang mga infrared laser sa temperatura ng kuwarto. Gumagamit ang paraang ito ng rehas na bakal upang limitahan ang isang napakakitid na wavelength na banda, na nagreresulta sa isang laser mode.

Upang gawin ang rehas na bakal, ang mga mananaliksik ay gumamit ng electron beam lithography upang mag-ukit ng mga pattern sa sapphire substrate. Pinili nila ang sapphire dahil sa mataas na thermal conductivity nito, na maaaring mag-alis ng karamihan sa init na nalilikha ng optical pump-ang init na ito ay magiging sanhi ng pag-recombine ng laser at gagawing hindi matatag ang output ng laser.

Pagkatapos, si Konstantatos at ang kanyang mga kasamahan ay naglagay ng lead sulfide quantum dot colloid sa siyam na grating na may iba't ibang pitch, mula 850 nanometer hanggang 920 nanometer. Gumamit din sila ng tatlong magkakaibang laki ng mga quantum dots na may diameter na 5.4 nm, 5.7 nm, at 6.0 nm.

Sa isang pagsubok sa temperatura ng silid, ipinakita ng koponan na maaari itong makabuo ng mga laser sa komunikasyon c-band, l-band, at u-band, mula 1553 nm hanggang 1649 nm, na umaabot sa buong lapad, kalahati ng pinakamataas na halaga, kasing baba ng 0.9 akoV. Natagpuan din nila na dahil sa n-doped lead sulfide, maaari nilang bawasan ang intensity ng pumping ng halos 40%. Naniniwala si Konstantatos na ang pagbabawas na ito ay magbibigay daan para sa mas praktikal, mas mababang kapangyarihan na mga pump laser, at maaaring maging daan para sa electrical pumping.

Tulad ng para sa mga potensyal na aplikasyon, sinabi ni Konstantatos na ang quantum dot solution ay maaaring magdala ng bagong CMOS integrated laser sources upang makamit ang mura, mahusay at mabilis na komunikasyon sa loob o sa pagitan ng mga integrated circuit. Idinagdag niya na kung isasaalang-alang na ang mga infrared laser ay itinuturing na hindi nakakapinsala sa paningin ng tao, maaari rin itong mapabuti ang lidar.

Gayunpaman, bago magamit ang mga laser, dapat munang i-optimize ng mga mananaliksik ang kanilang mga materyales upang ipakita ang paggamit ng mga laser na may tuluy-tuloy na alon o mahabang pinagmumulan ng pulse pump. Ang dahilan nito ay upang maiwasan ang paggamit ng mahal at napakalaking sub-picosecond lasers. Sinabi ni Konstantatos: "Ang mga nanosecond pulse o tuloy-tuloy na alon ay magpapahintulot sa amin na gumamit ng mga diode laser, na ginagawa itong mas praktikal na setting."