Nou làser semiconductor d'un sol mode creat: escalat simultani d'alta potència i mida
Investigadors de la Universitat de Califòrnia, Berkeley (UC Berkeley) han desenvolupat recentment un nou tipus de làser semiconductor anomenat BerkSEL. Els resultats es van publicar a la revista Nature el 29 de juny.
Esquema del làser d'emissió de superfícies de Berkley (BerkSEL), amb el feix de la bomba en blau i el raig làser en vermell.
Al mateix temps, l'augment de la mida i la potència dels làsers d'un sol mode ha estat un repte en òptica des que es va construir el primer làser el 1960. I aquest treball demostra que la mida no ha d'arribar a costa de la coherència, la qual cosa permet que els làsers siguin més potents i estables i cobreixin distàncies més llargues en moltes aplicacions.
Un equip d'investigadors dirigit per Boubacar Kanté, professor associat del Departament d'Enginyeria Elèctrica i Informàtica (EECS) de la Universitat de Califòrnia, Berkeley, i científics de la Divisió de Ciència de Materials del Laboratori Nacional Lawrence Berkeley han demostrat una pel·lícula de semiconductors amb perforacions de forats uniformement espaiades i de la mateixa mida que poden actuar com una cavitat làser escalable. Els resultats mostren que el feix làser emet una longitud d'ona única consistent independentment de la mida d'aquesta cavitat làser.
En els làsers convencionals, la llum direccional coherent d'una sola longitud d'ona comença a trencar-se a mesura que la cavitat làser augmenta de mida. La solució estàndard és utilitzar un mecanisme extern com una guia d'ona per amplificar el feix, però, això ocupa molt espai. En eliminar la necessitat d'amplificació externa, els investigadors ara poden reduir la mida i augmentar l'eficiència dels xips d'ordinador i altres components dependents del làser.
Aquest treball és particularment rellevant per a la tecnologia làser emissora de superfície de cavitat vertical (VCSEL). En VCSELS, la llum s'emet verticalment des de la superfície superior del xip. els VCSELs solen tenir només unes poques micres d'ample, i l'estratègia actual utilitzada per millorar el seu poder és agrupar centenars de VCSELs individuals. Com que els làsers són independents, tenen diferents fases i longituds d'ona, de manera que els seus poders no es combinen de manera coherent, cosa que és acceptable en aplicacions com el reconeixement facial, però completament inviable en aplicacions on la precisió és crítica, com les comunicacions o la cirurgia.
El disseny làser "BerkSEL" desenvolupat a la Universitat de Califòrnia a Berkeley fa possible una emissió de llum d'un sol mode més eficient, basada principalment en les propietats físiques de la llum que passa a través de forats en pel·lícules primes. La pel·lícula que van desenvolupar és un fosfat d'arsenur de gal·li d'indi de 200 nm de gruix (un semiconductor utilitzat comunament en fibra òptica i tecnologia de telecomunicacions). Els investigadors assenyalen que aquests forats regulars estan gravats per fotolitografia i han de tenir una mida, forma i distància fixades: són capaços d'actuar com a punts de Dirac, una característica topològica dels materials bidimensionals basada en la dispersió lineal de l'energia.
A més, atès que la fase de la llum que es propaga d'un punt a un altre és igual a l'índex de refracció multiplicat per la distància recorreda. Atès que l'índex de refracció és zero en el punt de Dirac, la llum emesa des de diferents parts del semiconductor es troba exactament en la mateixa fase i, per tant, és òpticament idèntica. Walid Redjem, coautor principal de l'estudi i investigador postdoctoral de l'EECS, va dir: "La pel·lícula del nostre estudi té uns 3.000 forats, però teòricament podria tenir un milió o mil milions de forats i el resultat seria el mateix".
Els investigadors ara utilitzen un làser polsat d'alta energia per bombar òpticament i alimentar el dispositiu BerkSEL i mesurar l'emissió de cada obertura utilitzant un microscopi confocal optimitzat per a l'espectroscòpia d'infraroig proper. Mitjançant l'ajust de les especificacions de disseny, com ara la mida de l'obertura i el material semiconductor, els làsers semiconductors "BerkSELs" poden emetre en diferents longituds d'ona objectiu.
Si voleu saber més informació sobre MRJ-Laser, visiteu:
Màquina de neteja làser:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleaning-machine/
Màquina de marcatge làser:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Màquina de soldadura làser:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
