The
laseritMaailman optisten viestintäverkkojen valaisemiseen käytetyt verkot on yleensä valmistettu erbium-seostetuista kuiduista tai III-V-puolijohteista, koska nämä
laseritvoi lähettää infrapuna-aallonpituuksia, jotka voidaan lähettää optisten kuitujen kautta. Samanaikaisesti tätä materiaalia ei kuitenkaan ole helppo integroida perinteiseen piielektroniikkaan.
Uudessa tutkimuksessa espanjalaiset tutkijat sanoivat, että heidän odotetaan tulevaisuudessa tuottavan infrapunalasereita, jotka voidaan pinnoittaa pitkin optisia kuituja tai kerrostaa suoraan piille osana CMOS-valmistusprosessia. He ovat osoittaneet, että kolloidiset kvanttipisteet, jotka on integroitu erityisesti suunniteltuun optiseen onteloon, voivat luoda
laservaloa optisen viestintäikkunan läpi huoneenlämpötilassa.
Kvanttipisteet ovat nanokokoisia puolijohteita, jotka sisältävät elektroneja. Elektronien energiatasot ovat samanlaisia kuin todellisten atomien energiatasot. Ne valmistetaan yleensä kuumentamalla kolloideja, jotka sisältävät kvanttipistekiteiden kemiallisia esiasteita, ja niillä on valosähköisiä ominaisuuksia, joita voidaan säätää muuttamalla niiden kokoa ja muotoa. Toistaiseksi niitä on käytetty laajasti erilaisissa laitteissa, kuten aurinkokennoissa, valodiodeissa ja fotoniilmaisimissa.
Vuonna 2006 Kanadan Toronton yliopiston tiimi osoitti lyijysulfidin kolloidisten kvanttipisteiden käyttöä infrapunalasereissa, mutta se on tehtävä matalissa lämpötiloissa, jotta vältetään elektronien ja reikien Auger-rekombinaation lämpöherkkyys. Viime vuonna Kiinan Nanjingin tutkijat raportoivat hopeaseleenidistä valmistetuilla pisteillä valmistetuista infrapunalasereista, mutta niiden resonaattorit olivat melko epäkäytännöllisiä ja vaikeasti säädettäviä.
Uusimmassa tutkimuksessa Gerasimos Konstantatos Barcelonan teknologiainstituutista Espanjasta ja hänen kollegansa luottivat niin kutsuttuun hajautettuun palauteonteloon saadakseen infrapunalaserit huoneenlämpötilassa. Tämä menetelmä käyttää hilaa rajoittamaan hyvin kapeaa aallonpituuskaistaa, mikä johtaa yhteen lasertilaan.
Hilan valmistamiseksi tutkijat käyttivät elektronisuihkulitografiaa syövyttämään kuvioita safiirialustaan. He valitsivat safiirin sen korkean lämmönjohtavuuden vuoksi, joka voi viedä suurimman osan optisen pumpun tuottamasta lämmöstä - tämä lämpö saa laserin yhdistymään uudelleen ja tekee lasertulosta epävakaa.
Sitten Konstantatos ja hänen kollegansa asettivat lyijysulfidin kvanttipistekolloidin yhdeksään ritilälle, joilla oli eri jakovälit 850 nanometristä 920 nanometriin. He käyttivät myös kolmea erikokoista kvanttipistettä, joiden halkaisijat olivat 5,4 nm, 5,7 nm ja 6,0 nm.
Huoneenlämpötilatestissä ryhmä osoitti, että se pystyy generoimaan lasereita viestinnän c-kaistalla, l-kaistalla ja u-kaistalla 1553 nm - 1649 nm saavuttaen täyden leveyden, puolet maksimiarvosta, jopa 0,9. meV. He havaitsivat myös, että n-seostetun lyijysulfidin ansiosta ne voivat vähentää pumppausintensiteettiä noin 40 %. Konstantatos uskoo, että tämä vähennys avaa tietä käytännöllisemmille, pienempitehoisille pumppulasereille ja saattaa jopa tasoittaa tietä sähköpumppauksille.
Mitä tulee mahdollisiin sovelluksiin, Konstantatos sanoi, että kvanttipisteratkaisu voi tuoda uusia integroituja CMOS-laserlähteitä halvan, tehokkaan ja nopean viestinnän saavuttamiseksi integroitujen piirien sisällä tai niiden välillä. Hän lisäsi, että kun otetaan huomioon, että infrapunalasereita pidetään vaarattomina ihmisen näkökyvylle, se voi myös parantaa liaria.
Ennen kuin laserit voidaan ottaa käyttöön, tutkijoiden on ensin optimoitava materiaalinsa osoittaakseen lasereiden käytön jatkuvalla aallolla tai pitkillä pulssipumppulähteillä. Syynä tähän on välttää kalliiden ja tilaa vievien subpikosekunnin lasereiden käyttöä. Konstantatos sanoi: "Nanosekuntipulssit tai jatkuvat aallot antavat meille mahdollisuuden käyttää diodilasereita, mikä tekee siitä käytännöllisemmän."
