Американские исследователи заявили об успешной фотонакачке фотонно-кристаллического лазера с поверхностным излучением и захороненным диэлектриком, работающего при комнатной температуре на длине волны, безопасной для зрения. Это важный шаг в прогрессе лазерных технологий.
Лазер — это устройство, которое преобразует энергию в узконаправленный, интенсивный луч излучения с точно заданной длиной волны. Полупроводниковые лазеры формируются путем последовательного наложения различных материалов. Обычно луч лазера выходит в плоскости, которая параллельна этим слоям.
Однако существуют также лазеры с вертикальным излучением ( vertical-cavity surface-emitting laser, VCSEL). Их производство обходится дешевле и проще при выпуске большими объемами, а также позволяет проводить тестирование на наличие дефектов и обеспечивает более длительный срок службы. Технология основана на использовании таких лазеров Face ID.
Вертикально излучающие лазеры имеют ряд недостатков: их луч, как правило, имеет эллиптическую форму поперечного сечения и демонстрирует заметную расходимость, что ограничивает удобство их использования небольшими расстояниями. Кроме того, они ограничены по мощности и при долгой работе перегреваются, что ухудшает характеристики пучка излучения. При сканировании лица они не могут работать на высокой мощности, потому что длина волны излучения может навредить глазу человека.
Ученые разработали решение этих проблем. Фотонно-кристаллические поверхностно-излучающие лазеры ( photonic-crystal surface-emitting Laser, PCSEL) дополнены уникальной структурой над лазером. Включение фотонного кристалла позволило ученым добились высокой яркости, низкой расходимости и почти идеально круглого сечения луча лазера. Длина волны излучения этого лазера поглощается влагой глаза и не повреждает роговицу. В перспективе они поддерживают в 100 раз более высокие мощности, чем VCSEL-технология.
Обычно во время производства PCSEL внутри устройства остаются воздушные полости. В них могут мигрировать атомы из полупроводниковой структуры и нарушать работу фотонного кристалла. Исследователи из Инженерного колледжа Грейнджера при Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне (США) решили эту проблему. Они заменили воздушные полости диэлектриком, диоксидом кремния, предотвратив потенциальную деформацию всей структуры. Их лазер работает при комнатной температуре и излучает на длине волны полтора микрометра. О работе ученые рассказали в статье в журнале IEEE Photonics Journal.
Усовершенствованные лазеры повысят эффективность лидар-технологий беспилотных автомобилей, используются методы лазерной резки и сварки. Данная технология пока находится на стадии разработки, однако специалисты полагают, что в перспективе 20 лет удастся организовать серийное производство лазеров такого типа.