Connu pour leur capacité à s'intégrer de manière transparente dans les puces semi-conductrices, les VCSEL (lasers émettants en surface de la cavité verticale) sont utilisés dans tout, des souris d'ordinateur à la quincaillerie de balayage de visage dans les smartphones. Cependant, ces appareils sont toujours un domaine de recherche actif, et de nombreux chercheurs pensent qu'il existe encore des applications importantes qui attendent d'être découvertes.
Le laboratoire de Kent Choquette, professeur de génie électrique et informatique au Grainger College of Engineering de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign, a développé un nouveau design dans lequel la lumière de plusieurs combinaisons VCSEL pour former un seul modèle cohérent appelé « supermode ».
Comme le rapportent les chercheurs dans le Journal photonique IEEEle résultat est un modèle contrôlable plus brillant que ce qui est possible avec un tableau de dispositifs indépendants, ajoutant aux capacités de ces dispositifs déjà verrouillés.
« Les VCSEL sont plus difficiles à travailler que d'autres types de lasers car ils ont naturellement tendance à émettre de la lumière dans de nombreux modèles spéciaux, ou » modes « , donc le problème central a été de trouver comment faire en sorte que la lumière reste dans le mode que vous voulez », a déclaré Chaquette.
« La conception que nous explorons dans cette étude est remarquable car elle montre comment étendre le contrôle du mode sur plus d'un VCSEL et en utiliser un tableau en tandem pour obtenir un seul mode souhaité. Avec ce niveau de coopération entre les tableaux de VCSEL, nous sommes convaincus que de nouvelles utilisations pour ces appareils émergeront. »
Habituellement, les VCSEL sont contrôlés individuellement avec des signaux électriques, ce qui rend difficile le problème de la coordination d'un faisceau cohérent à travers les cavités laser. Les chercheurs ont proposé une conception qui utilise un cristal photonique reliant les VCSEL adjacents.
Ainsi, bien qu'ils soient électriquement indépendants, ils agissent en tandem optiquement. Cela permet de contrôler les deux cavités d'une manière qui produit l'un des deux modèles collectifs prédéterminés ou supermodes.
Les détails de la conception, y compris l'utilisation d'un cristal « anti-guidé » spécial pour réaliser le couplage optique, ont été étudiés par Dan Pflug, un étudiant diplômé d'ingénierie de l'Illinois Graining au laboratoire de Choquette et auteur principal de l'étude.
L'équipe de l'Illinois a ensuite remis la conception des appareils quantum Dallas Quantum, où un appareil de travail a été fabriqué dans un processus au niveau de la fonderie, démontrant que la conception peut être pratiquement réalisée.
« Notre collaboration avec Dallas Quantum Devices provient d'un appel de la National Science Foundation for Small Business Innovation Research Proposals in High-Speed VCSEL », a déclaré Chaquette. « Je connais certaines de ces personnes depuis plus de 20 ans. C'est un cas où ce qui a commencé comme des échanges informels a conduit à une relation formelle à long terme. »
Pour Chaquette, ce travail est un produit de découverte et d'innovation pour lui-même. Il a observé que c'est souvent là que certaines des utilisations finales les plus importantes pour les nouvelles technologies proviennent.
« Quand j'ai commencé à travailler avec VCSEL il y a 30 ans, l'intérêt pour eux était purement académique », a déclaré Chaquette.
« Mais un jour, j'ai reçu un appel de Microsoft, et des souris d'ordinateur laser sont entrées sur le marché. Maintenant, tout le monde utilise les VCSEL chaque jour. C'est la raison pour laquelle nous faisons des recherches comme ceci: les applications ne sont pas toujours évidentes, et la seule façon de savoir est de l'essayer. »
