Dans une première pour le domaine, les chercheurs du Grainger College of Engineering de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign ont signalé un lasing photopump à partir d'un laser émettant de la surface du cristal photonique diélectrique enterré émettant à température ambiante et une longueur d'onde à l'œil. Leurs résultats, publiés dans Journal photonique IEEEAméliorez la conception laser actuelle et ouvrez de nouvelles avenues pour les applications de défense.
Pendant des décennies, le laboratoire de Kent Chaquette, professeur de génie électrique et informatique, a exploré VCSELS, un type de laser émettant de surface utilisé dans des technologies communes comme les smartphones, les imprimantes laser, les scanners de code-barres et même les véhicules. Mais au début de 2020, le laboratoire Chaquette s'est intéressé aux recherches révolutionnaires d'un groupe japonais qui a introduit un nouveau type de laser appelé lasers émettrices de surface du cristal photonique ou PCSEL.
Les PCSEL sont un champ plus récent des lasers semi-conducteurs qui utilisent une couche cristalline photonique pour produire un faisceau laser avec des caractéristiques hautement souhaitables telles que une luminosité élevée et des tailles de taches rondes étroites. Ce type de laser est utile pour les applications de défense telles que LiDAR, une technologie de télédétection utilisée dans la cartographie du champ de bataille, la navigation et le suivi des cibles. Avec le financement du Laboratoire de recherche de l'Air Force, le groupe de Chaquette a voulu examiner cette nouvelle technologie et faire ses propres progrès dans le domaine en croissance.
« Nous pensons que les PCSEL seront extrêmement importants à l'avenir », a déclaré Erin Raftery, étudiante diplômée en génie électrique et informatique et auteur principal du journal. « Ils n'ont tout simplement pas encore atteint la maturité industrielle, et nous voulions y contribuer. »
Les PCSEL sont généralement fabriqués à l'aide de trous d'air, qui sont intégrés à l'intérieur de l'appareil après que le matériau semi-conducteur repousse autour du périmètre. Cependant, les atomes du semi-conducteur ont tendance à se réorganiser et à remplir ces trous, compromettant l'intégrité et l'uniformité de la structure cristalline photonique. Pour lutter contre ce problème, les ingénieurs de l'Illinois Grainger ont échangé les trous d'air contre un matériau diélectrique solide pour empêcher le cristal photonique de se déformer pendant la repousse. En incorporant le dioxyde de silicium à l'intérieur du semi-conducteur repousser dans le cadre de la couche cristalline photonique, les chercheurs ont pu montrer la première preuve de conception de conception d'un PCSEL avec des caractéristiques diélectriques enfouies.
« La première fois que nous avons essayé de repousser le diélectrique, nous ne savions pas si c'était même possible », a déclaré Raftery. « Idéalement, pour la croissance des semi-conducteurs, vous voulez maintenir cette structure cristalline très pure jusqu'à la couche de base, ce qui est difficile à réaliser avec un matériau amorphe comme le dioxyde de silicium. Mais nous avons en fait pu croître latéralement autour du matériau diélectrique et coloremer sur le dessus. »
Les membres du domaine prévoient qu'au cours des 20 prochaines années, ces lasers nouveaux et améliorés seront utilisés dans les véhicules autonomes, la coupe laser, le soudage et la communication d'espace libre. En attendant, les ingénieurs de l'Illinois amélioreront leur conception actuelle, recréant le même appareil avec des contacts électriques permettant au laser d'être branché sur une source actuelle de puissance.
« L'expertise combinée d'Erin et des membres du groupe Minjoo Larry Lee, ainsi que les installations et l'expertise du Laboratoire de recherche de l'Air Force sur la base aérienne de Wright-Patterson étaient nécessaires pour obtenir ce résultat », a déclaré Choquette. « Nous attendons avec impatience le fonctionnement de la diode PCSEL. »
