The
лазериизползвани за осветяване на световните оптични комуникационни мрежи, обикновено са направени от легирани с ербий влакна или III-V полупроводници, тъй като те
лазериможе да излъчва инфрачервени дължини на вълните, които могат да се предават през оптични влакна. В същото време обаче този материал не е лесен за интегриране с традиционната силиконова електроника.
В ново проучване учени от Испания казаха, че в бъдеще се очаква да произвеждат инфрачервени лазери, които могат да бъдат покрити по протежение на оптични влакна или нанесени директно върху силиций като част от производствения процес на CMOS. Те демонстрираха, че колоидните квантови точки, интегрирани в специално проектирана оптична кухина, могат да генерират
лазерсветлина през оптичен комуникационен прозорец при стайна температура.
Квантовите точки са наномащабни полупроводници, съдържащи електрони. Енергийните нива на електроните са подобни на тези на истинските атоми. Те обикновено се произвеждат чрез нагряване на колоиди, съдържащи химически прекурсори на кристали с квантова точка, и имат фотоелектрични свойства, които могат да се регулират чрез промяна на техния размер и форма. Досега те са били широко използвани в различни устройства, включително фотоволтаични клетки, светодиоди и фотонни детектори.
През 2006 г. екип от университета в Торонто в Канада демонстрира използването на колоидни квантови точки от оловен сулфид за инфрачервени лазери, но това трябва да се направи при ниски температури, за да се избегне термичното възбуждане на Оже рекомбинацията на електрони и дупки. Миналата година изследователи в Нанкин, Китай, докладваха за инфрачервени лазери, произведени от точки, направени от сребърен селенид, но техните резонатори бяха доста непрактични и трудни за настройка.
В последното изследване Герасимос Константатос от Технологичния институт в Барселона в Испания и колегите му разчитаха на така наречената кухина с разпределена обратна връзка, за да постигнат инфрачервени лазери при стайна температура. Този метод използва решетка за ограничаване на много тясна лента с дължина на вълната, което води до един лазерен режим.
За да направят решетката, изследователите са използвали електронно-лъчева литография за гравиране на шарки върху сапфирения субстрат. Те избраха сапфира поради неговата висока топлопроводимост, която може да отнеме по-голямата част от топлината, генерирана от оптичната помпа - тази топлина ще накара лазера да се рекомбинира и ще направи изхода на лазера нестабилен.
След това Константатос и колегите му поставиха колоид с квантова точка на оловен сулфид върху девет решетки с различни стъпки, вариращи от 850 нанометра до 920 нанометра. Те също така използваха три различни размера квантови точки с диаметри 5,4 nm, 5,7 nm и 6,0 nm.
При тест при стайна температура екипът демонстрира, че може да генерира лазери в комуникационния c-band, l-band и u-band, от 1553 nm до 1649 nm, достигайки пълна ширина, половината от максималната стойност, едва 0,9 meV. Те също така установиха, че благодарение на n-легирания оловен сулфид, те могат да намалят интензитета на изпомпване с около 40%. Константатос вярва, че това намаление ще проправи пътя за по-практични помпени лазери с по-ниска мощност и може дори да проправи пътя за електрическо изпомпване.
Що се отнася до потенциалните приложения, Константатос каза, че решението за квантови точки може да донесе нови CMOS интегрирани лазерни източници за постигане на евтина, ефективна и бърза комуникация в рамките на или между интегрални схеми. Той добави, че като се има предвид, че инфрачервените лазери се считат за безвредни за човешкото зрение, това може също да подобри лидара.
Въпреки това, преди лазерите да могат да бъдат пуснати в употреба, изследователите трябва първо да оптимизират своите материали, за да демонстрират използването на лазери с непрекъснати вълни или източници на дълги импулси. Причината за това е да се избегне използването на скъпи и обемисти субпикосекундни лазери. Константатос каза: "Наносекундни импулси или непрекъснати вълни ще ни позволят да използваме диодни лазери, което го прави по-практична настройка."
