Para saintis telah berjaya mencapai penjanaan laser inframerah pada suhu bilik, yang dijangka membawa laser pam kuasa yang lebih rendah

Thelaserdigunakan untuk menerangi rangkaian komunikasi optik dunia biasanya diperbuat daripada gentian doped erbium atau semikonduktor III-V, kerana inilaserboleh memancarkan panjang gelombang inframerah yang boleh dihantar melalui gentian optik. Walau bagaimanapun, pada masa yang sama, bahan ini tidak mudah untuk disepadukan dengan elektronik silikon tradisional.

Dalam kajian baru, saintis di Sepanyol berkata bahawa pada masa hadapan mereka dijangka menghasilkan laser inframerah yang boleh disalut di sepanjang gentian optik atau didepositkan terus pada silikon sebagai sebahagian daripada proses pembuatan CMOS. Mereka telah menunjukkan bahawa titik kuantum koloid yang disepadukan dalam rongga optik yang direka khas boleh menjanalasercahaya melalui tingkap komunikasi optik pada suhu bilik.

Titik kuantum ialah semikonduktor berskala nano yang mengandungi elektron. Tahap tenaga elektron adalah serupa dengan atom sebenar. Ia biasanya dihasilkan dengan memanaskan koloid yang mengandungi prekursor kimia bagi kristal titik kuantum, dan mempunyai sifat fotoelektrik yang boleh diselaraskan dengan menukar saiz dan bentuknya. Setakat ini, ia telah digunakan secara meluas dalam pelbagai peranti, termasuk sel fotovoltaik, diod pemancar cahaya, dan pengesan foton.

Pada tahun 2006, satu pasukan dari Universiti Toronto di Kanada menunjukkan penggunaan titik kuantum koloid plumbum sulfida untuk laser inframerah, tetapi ia mesti dilakukan pada suhu rendah untuk mengelakkan penggabungan semula Auger elektron dan lubang secara termal. Tahun lepas, penyelidik di Nanjing, China melaporkan mengenai laser inframerah yang dihasilkan oleh titik yang diperbuat daripada selenide perak, tetapi resonatornya agak tidak praktikal dan sukar untuk disesuaikan.

Dalam penyelidikan terkini, Gerasimos Konstantatos dari Institut Teknologi Barcelona di Sepanyol dan rakan-rakannya bergantung pada apa yang dipanggil rongga maklum balas yang diedarkan untuk mencapai laser inframerah pada suhu bilik. Kaedah ini menggunakan parut untuk mengehadkan jalur panjang gelombang yang sangat sempit, menghasilkan mod laser tunggal.

Untuk membuat parut, para penyelidik menggunakan litografi pancaran elektron untuk menggores corak pada substrat nilam. Mereka memilih nilam kerana kekonduksian terma yang tinggi, yang boleh menghilangkan sebahagian besar haba yang dihasilkan oleh pam optik-haba ini akan menyebabkan laser bergabung semula dan membuat output laser tidak stabil.

Kemudian, Konstantatos dan rakan-rakannya meletakkan koloid titik kuantum sulfida plumbum pada sembilan jeriji dengan nada berbeza, antara 850 nanometer hingga 920 nanometer. Mereka juga menggunakan tiga saiz titik kuantum yang berbeza dengan diameter 5.4 nm, 5.7 nm dan 6.0 nm.

Dalam ujian suhu bilik, pasukan menunjukkan bahawa ia boleh menjana laser dalam jalur c-band, l-band dan u-band komunikasi, dari 1553 nm hingga 1649 nm, mencapai lebar penuh, separuh daripada nilai maksimum, serendah 0.9 sayaV. Mereka juga mendapati bahawa disebabkan oleh plumbum sulfida n-doped, mereka boleh mengurangkan keamatan pengepaman sebanyak kira-kira 40%. Konstantatos percaya bahawa pengurangan ini akan membuka jalan untuk lebih praktikal, laser pam berkuasa rendah, malah mungkin membuka jalan untuk pengepaman elektrik.

Bagi aplikasi yang berpotensi, Konstantatos berkata bahawa penyelesaian kuantum dot mungkin membawa sumber laser bersepadu CMOS baharu untuk mencapai komunikasi yang murah, cekap dan pantas dalam atau antara litar bersepadu. Beliau menambah bahawa memandangkan laser inframerah dianggap tidak berbahaya kepada penglihatan manusia, ia juga boleh meningkatkan lidar.

Walau bagaimanapun, sebelum laser boleh digunakan, penyelidik mesti terlebih dahulu mengoptimumkan bahan mereka untuk menunjukkan penggunaan laser dengan gelombang berterusan atau sumber pam nadi panjang. Sebab untuk ini adalah untuk mengelakkan penggunaan laser sub-picosecond yang mahal dan besar. Konstantatos berkata: "Denyutan nanosaat atau gelombang berterusan akan membolehkan kami menggunakan laser diod, menjadikannya tetapan yang lebih praktikal."