Nieuwe single-mode halfgeleiderlaser gemaakt: simultaan schalen met hoog vermogen en formaat
Onderzoekers van de University of California, Berkeley (UC Berkeley) hebben onlangs een nieuw type halfgeleiderlaser ontwikkeld, BerkSEL genaamd. De resultaten zijn op 29 juni gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
Schema van de Berkley Surface Emission Laser (BerkSEL), met de pompstraal in blauw en de laserstraal in rood.
Het gelijktijdig vergroten van de omvang en het vermogen van single-mode lasers is een uitdaging geweest in de optica sinds de eerste laser in 1960 werd gebouwd. En dit werk laat zien dat de grootte niet ten koste hoeft te gaan van de coherentie, waardoor lasers krachtiger kunnen zijn en stabiel en overbrugt grotere afstanden in vele toepassingen.
Een team van onderzoekers onder leiding van Boubacar Kanté, universitair hoofddocent bij het Department of Electrical Engineering and Computer Science (EECS) aan de University of California, Berkeley, en wetenschappers van de Materials Science Division van het Lawrence Berkeley National Laboratory hebben een halfgeleiderfilm gedemonstreerd met uniforme uit elkaar geplaatste en identieke gatenperforaties die kunnen fungeren als een schaalbare laserholte. De resultaten laten zien dat de laserstraal een consistente enkele golflengte uitzendt, ongeacht de grootte van deze laserholte.
Bij conventionele lasers begint coherent, gericht licht met een enkele golflengte uiteen te vallen naarmate de laserholte groter wordt. De standaardoplossing is om een extern mechanisme zoals een golfgeleider te gebruiken om de bundel te versterken, maar dit neemt veel ruimte in beslag. Door de noodzaak voor externe versterking te elimineren, kunnen onderzoekers nu de omvang verkleinen en de efficiëntie van computerchips en andere laserafhankelijke componenten verhogen.
Dit werk is met name relevant voor VCSEL-technologie (Vintical Cavity Surface Emitting Laser). In VCSELS wordt licht verticaal uitgezonden vanaf het bovenoppervlak van de chip. de VCSEL's zijn doorgaans slechts een paar micron breed, en de huidige strategie die wordt gebruikt om hun kracht te vergroten, is om honderden individuele VCSEL's samen te clusteren. Omdat de lasers onafhankelijk zijn, hebben ze verschillende fasen en golflengten, zodat hun krachten niet coherent combineren - wat acceptabel is in toepassingen zoals gezichtsherkenning, maar volledig onwerkbaar in toepassingen waar nauwkeurigheid van cruciaal belang is, zoals communicatie of chirurgie.
Het laserontwerp "BerkSEL", ontwikkeld aan UC Berkeley, maakt een efficiëntere single-mode lichtemissie mogelijk, voornamelijk gebaseerd op de fysieke eigenschappen van licht dat door gaten in dunne films gaat. De film die ze ontwikkelden is een 200-nm-dikke indium-galliumarsenidefosfide (een halfgeleider die veel wordt gebruikt in glasvezel- en telecommunicatietechnologie). De onderzoekers merken op dat deze reguliere gaten worden geëtst door fotolithografie en een vaste grootte, vorm en afstand moeten hebben - ze kunnen fungeren als Dirac-punten, een topologisch kenmerk van tweedimensionale materialen op basis van lineaire dispersie van energie.
Bovendien, aangezien de fase van licht dat zich van het ene punt naar het andere voortplant, gelijk is aan de brekingsindex vermenigvuldigd met de afgelegde afstand. Aangezien de brekingsindex nul is in het Dirac-punt, bevindt het licht dat door verschillende delen van de halfgeleider wordt uitgezonden zich in exact dezelfde fase en is daarom optisch identiek. Walid Redjem, mede-hoofdauteur van het onderzoek en een postdoctoraal onderzoeker van EECS, zei: "De film in ons onderzoek heeft ongeveer 3,000 gaten, maar in theorie zou het een miljoen of een miljard gaten kunnen hebben en het resultaat hetzelfde zou zijn."
De onderzoekers gebruiken nu een hoogenergetische gepulste laser om het BerkSEL-apparaat optisch te pompen en aan te drijven en de emissie van elke opening te meten met behulp van een confocale microscoop die is geoptimaliseerd voor nabij-infraroodspectroscopie. Door ontwerpspecificaties aan te passen, zoals de grootte van de opening en het halfgeleidermateriaal, kunnen de "BerkSELs" halfgeleiderlasers emitteren op verschillende doelgolflengten.
Wilt u meer informatie over MRJ-Laser, bezoek dan:
Laser reinigingsmachine:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleaning-machine/
Lasermarkeermachine:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Laserlasmachine:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
