Laser dell'Illinois: pattern non ripetitivo a 1,5 micrometri

Alla University of Illinois Urbana-Champaign (UIUC), un laser a semiconduttore ha prodotto a temperatura ambiente un fascio a modalità singola, anche se il pattern che guida la luce non si ripete. Il dispositivo di prova di concetto emetteva a 1,5 micrometri ed era alimentato da una sorgente luminosa esterna, un metodo chiamato pompaggio ottico, anziché tramite iniezione elettrica.

I laser a emissione superficiale con cristallo fotonico, o PCSEL, usano un pattern progettato con cura per controllare il movimento della luce all'interno di un semiconduttore. La struttura distribuisce l'interazione con la luce su un'area estesa e ne dirige una parte attraverso la superficie, producendo un fascio stretto e controllato in un'unica modalità ottica. I PCSEL convenzionali si basano generalmente su pattern ripetitivi, tuttavia, limitando la libertà degli ingegneri nel variare la geometria.

Questa limitazione è anche un problema di produzione. Modificare la forma o la spaziatura di strutture microscopiche può rendere difficile la fabbricazione, mentre la ricrescita del semiconduttore può deformare la geometria progettata. L'approccio del team di UIUC con dielettrico sepolto realizza invece il pattern in uno strato di ossido di silicio prima di ricoprirlo con semiconduttore epitassiale, contribuendo a preservare le strutture all'interno del dispositivo.

Il nuovo laser utilizza piccole strutture di ossido di silicio con un indice di rifrazione inferiore, circondate da semiconduttore con un indice maggiore. Le loro posizioni variano secondo un pattern quasi periodico controllato, invece di ripetersi a intervalli fissi. Erin Raftery, autrice dello studio e dottoranda presso UIUC, ha affermato che il design offre maggiore flessibilità nella regolazione della variazione dell'indice di rifrazione; il professorat Kent Choquette ha dichiarato che in futuro strutture diverse potrebbero essere combinate e abbinate sullo stesso substrato.

In concreto, il vantaggio a breve termine è la flessibilità progettuale, non un prodotto finito: gli ingegneri avrebbero maggiore libertà di ottimizzare i laser per il rilevamento, le comunicazioni, il settore aerospaziale, la difesa e il lidar a fotonica del silicio. Il dispositivo resta una prova di concetto e il suo funzionamento tramite pompaggio ottico significa che non è ancora un pratico laser a diodo. Le prestazioni riportate non dimostrano inoltre un vantaggio rispetto ai PCSEL convenzionali sotto ogni aspetto. Il prossimo obiettivo del team è un dispositivo alimentato tramite iniezione elettrica.