Laser bán dẫn chế độ đơn mới được tạo ra: Công suất và kích thước mở rộng đồng thời cao
Các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Berkeley (UC Berkeley) gần đây đã phát triển một loại laser bán dẫn mới có tên BerkSEL. Kết quả được công bố trên tạp chí Nature ngày 29/6.
Sơ đồ của Laser phát xạ bề mặt Berkley (BerkSEL), với chùm tia bơm màu xanh lam và chùm tia laser màu đỏ.
Đồng thời tăng kích thước và sức mạnh của laser đơn chế độ là một thách thức trong quang học kể từ khi laser đầu tiên được chế tạo vào năm 1960. Và công việc này cho thấy kích thước không phải trả giá bằng sự gắn kết, điều này cho phép laser mạnh mẽ và ổn định hơn và bao phủ khoảng cách xa hơn trong nhiều ứng dụng.
Một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Boubacar Kanté, phó giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính (EECS) tại Đại học California, Berkeley, và các nhà khoa học trong Bộ phận Khoa học Vật liệu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley đã trình diễn một bộ phim bán dẫn với các lỗ thủng lỗ cách đều nhau và có kích thước giống hệt nhau có thể hoạt động như một khoang laser có thể mở rộng. Kết quả cho thấy chùm tia laser phát ra một bước sóng đơn nhất quán bất kể kích thước của khoang laser này.
Trong các laser thông thường, ánh sáng định hướng bước sóng đơn mạch lạc bắt đầu bị phá vỡ khi khoang laser tăng kích thước. Giải pháp tiêu chuẩn là sử dụng một cơ chế bên ngoài như ống dẫn sóng để khuếch đại chùm tia, tuy nhiên, điều này chiếm rất nhiều không gian. Bằng cách loại bỏ nhu cầu khuếch đại bên ngoài, các nhà nghiên cứu giờ đây có thể giảm kích thước và tăng hiệu quả của chip máy tính và các thành phần phụ thuộc vào laser khác.
Công việc này đặc biệt liên quan đến công nghệ laser phát ra bề mặt khoang dọc (VCSEL). Trong VCSELS, ánh sáng được phát ra theo chiều dọc từ bề mặt trên cùng của chip. các VCSELs thường chỉ rộng vài micron và chiến lược hiện tại được sử dụng để nâng cao sức mạnh của chúng là tập hợp hàng trăm VCSELs riêng lẻ lại với nhau. Bởi vì các laser độc lập, chúng có các pha và bước sóng khác nhau, vì vậy sức mạnh của chúng không kết hợp mạch lạc - điều này có thể chấp nhận được trong các ứng dụng như nhận dạng khuôn mặt, nhưng hoàn toàn không thể thực hiện được trong các ứng dụng có độ chính xác là rất quan trọng, chẳng hạn như giao tiếp hoặc phẫu thuật.
Thiết kế laser "BerkSEL" được phát triển tại UC Berkeley giúp phát xạ ánh sáng một chế độ hiệu quả hơn, chủ yếu dựa trên các tính chất vật lý của ánh sáng đi qua các lỗ trên màng mỏng. Bộ phim mà họ phát triển là một phosphide indium gallium arsenide dày 200 nm (một chất bán dẫn thường được sử dụng trong cáp quang và công nghệ viễn thông). Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng các lỗ thông thường này được khắc bằng kỹ thuật quang khắc và phải có kích thước, hình dạng và khoảng cách cố định - chúng có thể hoạt động như các điểm Dirac, một đặc điểm tôpô của vật liệu hai chiều dựa trên sự phân tán năng lượng tuyến tính.
Hơn nữa, vì pha truyền ánh sáng từ điểm này sang điểm khác bằng với chỉ số khúc xạ nhân với khoảng cách di chuyển. Vì chỉ số khúc xạ bằng không tại điểm Dirac, ánh sáng phát ra từ các phần khác nhau của chất bán dẫn nằm trong cùng một pha và do đó giống hệt nhau về mặt quang học. Walid Redjem, đồng tác giả chính của nghiên cứu và là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của EECS, cho biết: "Bộ phim trong nghiên cứu của chúng tôi có khoảng 3.000 lỗ, nhưng về mặt lý thuyết, nó có thể có một triệu hoặc một tỷ lỗ và kết quả sẽ giống nhau".
Các nhà nghiên cứu hiện sử dụng tia laser xung năng lượng cao để bơm quang học và cấp nguồn cho thiết bị BerkSEL và đo phát xạ từ mỗi khẩu độ bằng kính hiển vi đồng tiêu được tối ưu hóa cho quang phổ cận hồng ngoại. Bằng cách điều chỉnh các thông số kỹ thuật thiết kế như kích thước khẩu độ và vật liệu bán dẫn, laser bán dẫn "BerkSELs" có thể phát ra ở các bước sóng mục tiêu khác nhau.
Nếu bạn muốn biết thêm thông tin về MRJ-Laser, vui lòng truy cập:
Máy làm sạch laser:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleaning-machine/
Máy khắc laser:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Máy hàn laser:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
