Các
tia tia lazeđược sử dụng để chiếu sáng các mạng truyền thông quang học trên thế giới thường được làm bằng sợi pha tạp erbium hoặc chất bán dẫn III-V, bởi vì những
tia tia lazecó thể phát ra bước sóng hồng ngoại có thể truyền qua sợi quang. Tuy nhiên, đồng thời, vật liệu này không dễ tích hợp với các thiết bị điện tử silicon truyền thống.
Trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học ở Tây Ban Nha cho biết trong tương lai họ dự kiến sẽ sản xuất ra tia laser hồng ngoại có thể được phủ dọc theo sợi quang hoặc lắng đọng trực tiếp lên silicon như một phần của quy trình sản xuất CMOS. Họ đã chứng minh rằng các chấm lượng tử dạng keo được tích hợp trong hộp quang học được thiết kế đặc biệt có thể tạo ra
tia lazesáng qua cửa sổ truyền thông quang học ở nhiệt độ phòng.
Chấm lượng tử là chất bán dẫn có kích thước nano chứa các electron. Mức năng lượng của electron tương tự như mức năng lượng của các nguyên tử thực. Chúng thường được sản xuất bằng cách nung nóng chất keo chứa tiền chất hóa học của tinh thể chấm lượng tử và có đặc tính quang điện có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi kích thước và hình dạng của chúng. Cho đến nay, chúng đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị khác nhau, bao gồm tế bào quang điện, điốt phát sáng và máy dò photon.
Năm 2006, một đội nghiên cứu từ Đại học Toronto ở Canada đã chứng minh việc sử dụng các chấm lượng tử keo sunfua chì cho laser hồng ngoại, nhưng nó phải được thực hiện ở nhiệt độ thấp để tránh kích thích nhiệt cho sự tái hợp Auger của electron và lỗ trống. Năm ngoái, các nhà nghiên cứu ở Nam Kinh, Trung Quốc đã báo cáo về tia laser hồng ngoại được tạo ra bởi các chấm làm từ bạc selenua, nhưng bộ cộng hưởng của chúng khá phi thực tế và khó điều chỉnh.
Trong nghiên cứu mới nhất, Gerasimos Konstantatos thuộc Viện Công nghệ Barcelona ở Tây Ban Nha và các đồng nghiệp của ông đã dựa vào cái gọi là khoang phản hồi phân tán để thu được tia laser hồng ngoại ở nhiệt độ phòng. Phương pháp này sử dụng cách tử để giới hạn dải bước sóng rất hẹp, tạo ra một chế độ laser duy nhất.
Để tạo ra cách tử, các nhà nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật quang khắc chùm tia điện tử để khắc các mẫu trên nền sapphire. Họ chọn sapphire vì tính dẫn nhiệt cao, có thể lấy đi phần lớn nhiệt do bơm quang tạo ra – lượng nhiệt này sẽ khiến tia laser tái kết hợp và khiến tia laser phát ra không ổn định.
Sau đó, Konstantatos và các đồng nghiệp của ông đặt một chấm lượng tử chì sunfua lên chín cách tử với các bước sóng khác nhau, từ 850 nanomet đến 920 nanomet. Họ cũng sử dụng ba kích thước chấm lượng tử khác nhau với đường kính 5,4 nm, 5,7 nm và 6,0 nm.
Trong thử nghiệm ở nhiệt độ phòng, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng nó có thể tạo ra tia laser trong băng tần giao tiếp c, băng tần l và băng tần u, từ 1553 nm đến 1649 nm, đạt toàn bộ chiều rộng, một nửa giá trị tối đa, thấp tới 0,9 tôiV. Họ cũng phát hiện ra rằng do chì sunfua pha tạp n, họ có thể giảm cường độ bơm khoảng 40%. Konstantatos tin rằng sự giảm thiểu này sẽ mở đường cho những laser bơm công suất thấp hơn, thực tế hơn và thậm chí có thể mở đường cho việc bơm điện.
Về các ứng dụng tiềm năng, Konstantatos cho biết giải pháp chấm lượng tử có thể mang lại các nguồn laser tích hợp CMOS mới để đạt được khả năng liên lạc nhanh chóng, hiệu quả và rẻ tiền trong hoặc giữa các mạch tích hợp. Ông nói thêm rằng tia laser hồng ngoại được coi là vô hại đối với tầm nhìn của con người nên nó cũng có thể cải thiện lidar.
Tuy nhiên, trước khi có thể đưa tia laser vào sử dụng, trước tiên các nhà nghiên cứu phải tối ưu hóa vật liệu của họ để chứng minh việc sử dụng tia laser với nguồn bơm sóng liên tục hoặc xung dài. Lý do cho điều này là để tránh việc sử dụng các tia laser dưới pico giây đắt tiền và cồng kềnh. Konstantatos cho biết: “Các xung nano giây hoặc sóng liên tục sẽ cho phép chúng tôi sử dụng laser diode, khiến nó trở thành một thiết lập thực tế hơn”.
