Ny enlägeshalvledarlaser skapad: Samtidig skalning av hög effekt och storlek
Forskare vid University of California, Berkeley (UC Berkeley) utvecklade nyligen en ny typ av halvledarlaser som heter BerkSEL. Resultaten publicerades i tidskriften Nature den 29 juni.
Schematisk över Berkley Surface Emission Laser (BerkSEL), med pumpstrålen i blått och laserstrålen i rött.
Att samtidigt öka storleken och kraften hos singelmodslasrar har varit en utmaning inom optiken sedan den första lasern byggdes 1960. Och detta arbete visar att storleken inte behöver ske på bekostnad av koherens, vilket gör att lasrar kan vara mer kraftfulla och stabil och täcker längre avstånd i många applikationer.
Ett team av forskare ledda av Boubacar Kanté, docent vid avdelningen för elektroteknik och datavetenskap (EECS) vid University of California, Berkeley, och forskare vid Materials Science Division vid Lawrence Berkeley National Laboratory har demonstrerat en halvledarfilm med enhetligt åtskilda och identiskt stora hålperforeringar som kan fungera som en skalbar laserkavitet. Resultaten visar att laserstrålen sänder ut en konsekvent enkel våglängd oavsett storleken på denna laserkavitet.
I konventionella lasrar börjar koherent riktljus med en våglängd att brytas upp när laserkaviteten ökar i storlek. Standardlösningen är att använda en extern mekanism som en vågledare för att förstärka strålen, men detta tar upp mycket utrymme. Genom att eliminera behovet av extern förstärkning kan forskare nu minska storleken och öka effektiviteten hos datorchips och andra laserberoende komponenter.
Detta arbete är särskilt relevant för VCSEL-teknik (vertical cavity surface emitting laser). I VCSELS sänds ljus ut vertikalt från chipets övre yta. VCSEL:erna är vanligtvis bara några mikrometer breda, och den nuvarande strategin som används för att förbättra deras kraft är att klustera hundratals individuella VCSEL:er. Eftersom lasrarna är oberoende har de olika faser och våglängder, så deras krafter kombineras inte konsekvent – vilket är acceptabelt i applikationer som ansiktsigenkänning, men helt ogenomförbart i applikationer där noggrannheten är avgörande, som kommunikation eller kirurgi.
"BerkSEL"-laserdesignen som utvecklats vid UC Berkeley gör effektivare ljusemission i singelläge möjlig, främst baserad på de fysiska egenskaperna hos ljus som passerar genom hål i tunna filmer. Filmen de utvecklade är en 200-nm-tjock indiumgalliumarsenidfosfid (en halvledare som vanligtvis används inom fiberoptik och telekommunikationsteknik). Forskarna noterar att dessa vanliga hål etsas med fotolitografi och måste ha en fast storlek, form och avstånd - de kan fungera som Dirac-punkter, en topologisk egenskap hos tvådimensionella material baserade på linjär spridning av energi.
Dessutom, eftersom fasen av ljus som fortplantar sig från en punkt till en annan är lika med brytningsindexet multiplicerat med det tillryggalagda avståndet. Eftersom brytningsindex är noll vid Dirac-punkten är ljuset som emitteras från olika delar av halvledaren i exakt samma fas och är därför optiskt identiskt. Walid Redjem, medförfattare till studien och en EECS-postdoktor, sa: "Filmen i vår studie har cirka 3,000 hål, men teoretiskt sett kan den ha en miljon eller en miljard hål och resultatet skulle vara detsamma."
Forskarna använder nu en högenergipulsad laser för att optiskt pumpa och driva BerkSEL-enheten och mäta emissionen från varje bländare med ett konfokalmikroskop optimerat för nära-infraröd spektroskopi. Genom att justera designspecifikationer såsom bländarstorlek och halvledarmaterial kan "BerkSELs" halvledarlasrar emittera vid olika målvåglängder.
Om du vill veta mer information om MRJ-Laser, vänligen besök:
Laserrengöringsmaskin:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleaning-machine/
Lasermärkningsmaskin:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Lasersvetsmaskin:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
