The
laserypoužívané na osvetlenie svetových optických komunikačných sietí sú zvyčajne vyrobené z vlákien dotovaných erbiom alebo z polovodičov III-V, pretože tieto
laserymôže vyžarovať infračervené vlnové dĺžky, ktoré možno prenášať cez optické vlákna. Zároveň však nie je ľahké integrovať tento materiál s tradičnou kremíkovou elektronikou.
V novej štúdii vedci zo Španielska uviedli, že v budúcnosti sa očakáva, že budú vyrábať infračervené lasery, ktoré môžu byť potiahnuté pozdĺž optických vlákien alebo nanesené priamo na kremík ako súčasť výrobného procesu CMOS. Preukázali, že koloidné kvantové bodky integrované v špeciálne navrhnutej optickej dutine môžu generovať
lasersvetlo cez optické komunikačné okienko pri izbovej teplote.
Kvantové bodky sú polovodiče v nanoúrovni obsahujúce elektróny. Energetické hladiny elektrónov sú podobné hladinám skutočných atómov. Zvyčajne sa vyrábajú zahrievaním koloidov obsahujúcich chemické prekurzory kryštálov s kvantovými bodkami a majú fotoelektrické vlastnosti, ktoré je možné upraviť zmenou ich veľkosti a tvaru. Doteraz boli široko používané v rôznych zariadeniach vrátane fotovoltaických článkov, svetelných diód a detektorov fotónov.
V roku 2006 tím z University of Toronto v Kanade demonštroval použitie koloidných kvantových bodiek sulfidu olovnatého pre infračervené lasery, ale musí sa to robiť pri nízkych teplotách, aby sa zabránilo tepelnému vzrušeniu Augerovej rekombinácie elektrónov a dier. Minulý rok výskumníci z Nanjingu v Číne informovali o infračervených laseroch produkovaných bodkami vyrobenými zo selenidu striebra, ale ich rezonátory boli dosť nepraktické a ťažko nastaviteľné.
V najnovšom výskume sa Gerasimos Konstantatos z Barcelonského technologického inštitútu v Španielsku a jeho kolegovia spoliehali na takzvanú dutinu s distribuovanou spätnou väzbou, aby dosiahli infračervené lasery pri izbovej teplote. Táto metóda využíva mriežku na obmedzenie veľmi úzkeho pásma vlnových dĺžok, výsledkom čoho je jediný laserový režim.
Na vytvorenie mriežky výskumníci použili litografiu s elektrónovým lúčom na leptanie vzorov na zafírovom substráte. Zafír si vybrali kvôli jeho vysokej tepelnej vodivosti, ktorá dokáže odobrať väčšinu tepla generovaného optickou pumpou – toto teplo spôsobí rekombináciu lasera a jeho výstup bude nestabilný.
Potom Konstantatos a jeho kolegovia umiestnili koloid sulfidu olovnatého s kvantovou bodkou na deväť mriežok s rôznymi rozstupmi v rozsahu od 850 nanometrov do 920 nanometrov. Použili tiež tri rôzne veľkosti kvantových bodov s priemermi 5,4 nm, 5,7 nm a 6,0 nm.
V teste pri izbovej teplote tím preukázal, že dokáže generovať lasery v komunikačnom pásme c, l a u, od 1553 nm do 1649 nm, dosahujúc celú šírku, polovicu maximálnej hodnoty, len 0,9 meV. Zistili tiež, že vďaka n-dopovanému sulfidu olovnatému môžu znížiť intenzitu čerpania približne o 40 %. Konstantatos verí, že toto zníženie vydláždi cestu pre praktickejšie lasery s nižším výkonom a môže dokonca pripraviť cestu pre elektrické čerpanie.
Pokiaľ ide o potenciálne aplikácie, Konstantatos uviedol, že riešenie s kvantovou bodkou môže priniesť nové integrované laserové zdroje CMOS na dosiahnutie lacnej, efektívnej a rýchlej komunikácie v rámci alebo medzi integrovanými obvodmi. Dodal, že vzhľadom na to, že infračervené lasery sa považujú za neškodné pre ľudské videnie, môže to tiež zlepšiť lidar.
Pred uvedením laserov do prevádzky však výskumníci musia najprv optimalizovať svoje materiály, aby demonštrovali použitie laserov s kontinuálnymi vlnami alebo zdrojmi s dlhými impulzmi. Dôvodom je vyhnúť sa používaniu drahých a objemných sub-pikosekundových laserov. Konstantatos povedal: "Nanosekundové impulzy alebo nepretržité vlny nám umožnia používať diódové lasery, vďaka čomu je to praktickejšie nastavenie."
