Protótipo laser de Illinois: padrão não repetitivo a 1,5 micrómetros

Na Universidade de Illinois Urbana-Champaign (UIUC), um laser semicondutor produziu um feixe em modo único à temperatura ambiente, embora o padrão que orienta a sua luz não se repita. O dispositivo de prova de conceito emitiu a 1,5 micrómetros e foi alimentado por uma fonte de luz externa — um método chamado fotobombeamento — em vez de injeção elétrica.

Os lasers de emissão superficial com cristal fotónico, ou PCSELs, usam um padrão cuidadosamente concebido para controlar a forma como a luz se desloca num semicondutor. A estrutura distribui a interação da luz por uma grande área e direciona parte dela através da superfície, produzindo um feixe estreito e controlado num único modo ótico. No entanto, os PCSELs convencionais dependem geralmente de padrões repetitivos, o que limita a liberdade dos engenheiros para variar a geometria.

Essa limitação é também um problema de fabrico. Alterar a forma ou o espaçamento de características minúsculas pode dificultar a produção, e o recrescimento do semicondutor pode deformar a geometria concebida. Em vez disso, a abordagem da equipa da UIUC com dielétrico enterrado padroniza uma camada de dióxido de silício antes de a cobrir com um semicondutor epitaxial, ajudando a preservar as características no interior do dispositivo.

O novo laser usa pequenas características de dióxido de silício com um índice de refração inferior, rodeadas por semicondutor com um índice superior. As suas posições variam segundo um padrão quase periódico controlado, em vez de se repetirem a intervalos fixos. Erin Raftery, autora do estudo e estudante de doutoramento da UIUC, afirmou que o design oferece mais flexibilidade para ajustar a variação do índice de refração; o professor de engenharia Kent Choquette disse que diferentes estruturas poderão eventualmente ser combinadas no mesmo substrato.

Concretamente, o benefício a curto prazo é a flexibilidade de design, não um produto acabado: os engenheiros poderão ter mais liberdade para otimizar lasers para deteção, comunicações, aplicações aeroespaciais, defesa e lidar de fotónica de silício. O dispositivo continua a ser uma prova de conceito, e o seu funcionamento por fotobombeamento significa que ainda não é um díodo laser prático. O desempenho reportado também não demonstra uma vantagem face aos PCSELs convencionais em todas as métricas. O próximo objetivo da equipa é um dispositivo com injeção elétrica.