Учёные создали первый в мире лазер на кристаллах для безопасных сенсоров и умных технологий

Исследователи разработали более безопасный и совершенный лазер, заменив хрупкие воздушные полости на слой твёрдого материала. Результат — прорывная конструкция с большим потенциалом для автомобилей, робототехники и других областей. Фото: Shutterstock

Впервые в истории учёные из Инженерного колледжа Грейнджера при Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне сообщили о создании лазера с оптической накачкой на основе скрытого диэлектрического фотонного кристалла, работающего при комнатной температуре и безопасной для глаз длине волны. Их исследование, опубликованное в журнале IEEE Photonics Journal, улучшает существующие лазерные технологии и открывает новые возможности для оборонных применений.

Лаборатория профессора электротехники и вычислительной техники Кента Чокета десятилетиями изучала вертикально-излучающие лазеры (VCSEL), используемые в смартфонах, принтерах, сканерах штрих-кодов и автомобилях. Однако в 2020 году команда заинтересовалась революционными разработками японских учёных, представивших новый тип лазеров — фотонно-кристаллические поверхностно-излучающие лазеры (PCSEL).

«Мы уверены, что PCSEL станут чрезвычайно важными в будущем, — заявила Эрин Рафтери, аспирантка и ведущий автор исследования. — Пока эта технология не достигла промышленной зрелости, и мы хотели внести свой вклад».

Обычно PCSEL создаются с использованием воздушных полостей, которые встраиваются в устройство при повторном росте полупроводникового материала. Однако атомы полупроводника стремятся заполнить эти полости, нарушая структуру фотонного кристалла. Чтобы решить проблему, инженеры заменили воздушные полости на твёрдый диэлектрический материал — диоксид кремния, что позволило сохранить целостность кристалла.

«Первый эксперимент по выращиванию диэлектрика был рискованным, — призналась Рафтери. — Но нам удалось добиться роста полупроводника вокруг диэлектрика и его слияния сверху».

Ожидается, что в ближайшие 20 лет усовершенствованные лазеры найдут применение в беспилотных автомобилях, лазерной резке, сварке и космической связи. Следующий шаг — создание версии с электрическими контактами для питания от внешнего источника.

Кент Чокет — профессор электротехники и вычислительной техники, связанный с лабораторией микро- и нанотехнологий Холоньяка. Минджу Ларри Ли, также профессор и директор этой лаборатории, участвовал в проекте как эксперт Intel.

Источники: sciencedaily.com, University of Illinois Grainger College of Engineering