Новый метод позволяет независимым лазерам работать согласованно для единого светового излучения

Массив VCSEL с двойной резонаторной структурой на 940 нм, использующий слабо анти-направленные резонаторы для когерентного излучения супермоды. (10.1109/JPHOT.2025.3566986). Автор: Инженерный колледж Грейнджера Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн

VCSEL (вертикально-излучающие лазеры с поверхностным резонатором) известны своей способностью интегрироваться в полупроводниковые чипы и применяются в самых разных устройствах — от компьютерных мышей до систем распознавания лиц в смартфонах. Однако исследования в этой области продолжаются, и многие учёные уверены, что у этих устройств есть ещё нераскрытый потенциал.

Лаборатория Кента Шокета, профессора электротехники и вычислительной техники в Инженерном колледже Грейнджера, разработала новую конструкцию, в которой свет от нескольких VCSEL объединяется в единую когерентную структуру, называемую «супермодой».

Как сообщают исследователи в IEEE Photonics Journal, такой подход позволяет получить более яркий и управляемый световой узор по сравнению с массивами независимых устройств, расширяя возможности этих и без того универсальных лазеров.

«Работать с VCSEL сложнее, чем с другими типами лазеров, потому что они естественным образом стремятся излучать свет в разных пространственных модах. Главная задача заключалась в том, чтобы заставить свет оставаться в нужной моде», — пояснил Шокет.

Новая конструкция использует фотонный кристалл, соединяющий соседние VCSEL, что позволяет им работать согласованно, несмотря на электрическую независимость. Это даёт возможность создавать один из двух предопределённых коллективных узоров — супермод.

Детали разработки, включая использование специального «анти-направленного» кристалла для оптической связи, изучил Дэн Пфлюг, аспирант лаборатории Шокета и ведущий автор исследования.

После теоретической проработки команда передала проект компании Dallas Quantum Devices, где устройство было успешно изготовлено, доказав практическую реализуемость технологии.

«Когда я начал работать с VCSEL 30 лет назад, интерес к ним был чисто академическим, — вспоминает Шокет. — Но однажды мне позвонили из Microsoft, и лазерные мыши вышли на рынок. Теперь VCSEL используются повсеместно. Именно поэтому мы занимаемся такими исследованиями: применение технологий не всегда очевидно, и единственный способ это выяснить — пробовать».

Дополнительная информация: Dan W. Pflug et al, Enhanced Supermode Stability in Weakly Anti-Guided Dual-Cavity Photonic Crystal VCSEL Arrays, IEEE Photonics Journal (2025). DOI: 10.1109/JPHOT.2025.3566986

Источник: University of Illinois Grainger College of Engineering