Láser de Illinois usa patrón no repetitivo a 1,5 micrómetros

En la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (UIUC), un láser semiconductor ha producido un haz monomodo a temperatura ambiente aunque el patrón que guía su luz no se repite. El dispositivo de prueba de concepto emitió a 1,5 micrómetros y recibió energía de una fuente de luz externa —un método llamado bombeo óptico— en lugar de inyección eléctrica.

Los láseres de emisión superficial basados en cristales fotónicos, o PCSEL, utilizan un patrón diseñado cuidadosamente para controlar cómo se desplaza la luz por un semiconductor. La estructura distribuye la interacción de la luz por un área extensa y dirige parte de ella a través de la superficie, produciendo un haz estrecho y controlado en un único modo óptico. Sin embargo, los PCSEL convencionales suelen depender de patrones repetitivos, lo que limita la libertad de los ingenieros para variar la geometría.

Esa limitación también supone un problema de fabricación. Cambiar la forma o el espaciado de estructuras diminutas puede dificultar la fabricación, y el recrecimiento del semiconductor puede deformar la geometría diseñada. En cambio, el enfoque de dieléctrico enterrado del equipo de UIUC estructura una capa de dióxido de silicio antes de cubrirla con semiconductor epitaxial, lo que ayuda a preservar las estructuras dentro del dispositivo.

El nuevo láser utiliza diminutas estructuras de dióxido de silicio con un índice de refracción menor, rodeadas de un semiconductor con un índice mayor. Sus posiciones varían siguiendo un patrón cuasiperiódico controlado, en lugar de repetirse a intervalos fijos. Erin Raftery, autora del estudio y doctoranda de UIUC, afirmó que el diseño ofrece más flexibilidad para ajustar la variación del índice de refracción; el profesor de Ingeniería Kent Choquette señaló que, con el tiempo, podrían combinarse distintas estructuras en un mismo sustrato.

En concreto, el beneficio a corto plazo es la flexibilidad de diseño, no un producto terminado: los ingenieros tendrían más libertad para optimizar láseres destinados a detección, comunicaciones, sector aeroespacial, defensa y lidar de fotónica de silicio. El dispositivo sigue siendo una prueba de concepto, y su funcionamiento mediante bombeo óptico significa que aún no es un láser de diodo práctico. El rendimiento comunicado tampoco demuestra una ventaja frente a los PCSEL convencionales en todos los parámetros. El próximo objetivo del equipo es desarrollar un dispositivo con inyección eléctrica.