Revolucija u laserskoj tehnologiji: PCSELS s dielektričnim svojstvima
Na prvom mjestu za teren, istraživači s inženjerskog fakulteta Grainger na Sveučilištu Illinois Urbana-Champaign objavili su značajna otkrića o fotopopiranom laziju iz zakopanog dielektričnog fotonsko-kristalnog površinskog lasera (PCSEL) koji emitira na sobnoj temperaturi. Ova inovacija ima potencijal ne samo da unaprijedi trenutni laserski dizajn, već i da otvori nove mogućnosti za različite obrambene aplikacije. Razvoj je objavljen u IEEE Photonics Journal.
Vođa istraživanja, profesor Kent Choquette, dulje od desetljeća proučava VCSELS, vrstu površinskog lasera koja se koristi u širokom spektru tehnologija, uključujući pametne telefone, laserske pisače i skeneri barkoda. Međutim, zainteresirali su se za napredne tehnologije koje je predstavila japanska grupa, a koje uključuju novu vrstu lasera nazvanu PCSELS.
PCSELS predstavlja noviju generaciju poluvodičkih lasera koji koriste fotonski kristalni sloj za proizvodnju laserskog snopa s iznimnim karakteristikama, uključujući visoku svjetlinu i usku, okruglu veličinu mjesta. Zahvaljujući ovim svojstvima, PCSELS su izuzetno korisni u obrambenim aplikacijama poput LiDAR tehnologije, koja se koristi u mapiranju bojnog polja, navigaciji i praćenju ciljeva.
Sa financiranjem laboratorija za istraživanje zračnih snaga, Choquetteova grupa odlučila je badati unutar ovog perspektivnog polja. Kako je istaknula Erin Raftery, diplomirana studentica elektrotehnike i računalnog inženjerstva te vodeća autorica rada, “Vjerujemo da će PCSELS biti izuzetno važan u budućnosti. Oni još nisu dostigli industrijsku zrelost, a naš cilj je značajno unaprijediti tehnologiju.”
Tradicionalno, PCSELS se izrađivao pomoću rupa za zrak koje su se integrirale unutar uređaja nakon ponovnog rasta poluvodičkog materijala. Međutim, atomi poluvodiča su se često preuređivali, što bi ugrozilo integritet i ujednačenost fotonske strukture. Odlučujući se za inovativan pristup, istraživači su zamijenili zračne rupe čvrstim dielektričnim materijalom, sprječavajući time deformiranje fotonskog kristala tijekom ponovnog rasta. Specifično, uključivanje silicij-dioksida unutar ponovnog rasta poluvodiča omogućilo je istraživačima da demonstriraju prvi dokaz konceptualnog dizajna PCSEL-a s zakopanim dielektričnim svojstvima.
Raftery je istaknula izazov s kojim su se suočili: “Prvi put kad smo pokušali ponovno izdvojiti dielektriku, nismo znali je li to uopće moguće. Tijekom rasta poluvodiča, ključna je čista kristalna struktura, a postizanje toga s amorfnim materijalima kao što je silicij-dioksid predstavlja veliki izazov. No, uspjeli smo rasti bočno oko dielektričnog materijala.”
Predviđa se da će se u sljedećih 20 godina novi i poboljšani laseri koristiti u autonomnim vozilima, laserskom rezanju, zavarivanju i komunikaciji u svemiru. U međuvremenu, istraživači iz Illinoisa nastavljaju raditi na unapređenju svog dizajna, planirajući rekreirati isti uređaj s električnim kontaktima, omogućujući mu da bude integriran u trenutni izvor napajanja.
Choquette je istaknuo značaj suradnje: “Kombinirana stručnost Erin i članova Minjuo Larry Lee Group, kao i objekti i stručnost u laboratoriju za istraživanje zrakoplovnih snaga, bili su ključni za postizanje ovog rezultata. Radujemo se budućnosti PCSEL diode.”
Kent Choquette je profesor elektrotehnike i računalnog inženjerstva na Sveučilištu Illinois Grainger i povezan je s Laboratorijom za Micro & Nanotechnology Holonyak. Choquette drži profesuru Abel Bliss u inženjerstvu.
Minjuo Larry Lee je profesor inženjerskog inženjerstva na Illinois Grainger Electrical & Computer Engineering i direktor Laboratorija za Micro & Nanotechnology Holonyak. Lee je alumnus Intela i dobitnik nagrade fakultetskog učenika.
