Τα φωτονικά λέιζερ επιφανειακής εκπομπής με φωτονικούς κρυστάλλους παρουσιάζουν σημαντικές προοπτικές για προηγμένες εφαρμογές, μεταξύ άλλων στην άμυνα και την αεροδιαστημική. Συνήθως βασίζονται σε επαναλαμβανόμενα μοτίβα, όμως ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ιλινόι δημιούργησαν μια νέα προσέγγιση με μη περιοδική δομή.
Από την περιοδικότητα στη μη περιοδική δομή
Η ομάδα του καθηγητή Kent Choquette ανέπτυξε έναν quasi-periodic photonic-crystal surface-emitting laser (QPCSEL), χρησιμοποιώντας μια πλατφόρμα ενσωματωμένου διηλεκτρικού. Στόχος ήταν να ξεπεραστεί ένας βασικός περιορισμός των συμβατικών PCSEL, όπου η γεωμετρία του φωτονικού κρυστάλλου περιορίζει τις δυνατότητες σχεδιασμού και κατασκευής.
Η μεταπτυχιακή ερευνήτρια Erin Raftery εμπνεύστηκε από μη επαναλαμβανόμενα μοτίβα που χρησιμοποιούνται σε τοπολογικά προστατευμένες δομές και ενσωμάτωσε μια αντίστοιχη μέθοδο στη συγκεκριμένη πλατφόρμα.
Ενσωματωμένος φωτονικός κρύσταλλος
Αντί να χαράξουν κατακόρυφες μικροσκοπικές οπές στα στρώματα του ημιαγωγού, οι ερευνητές χάραξαν ένα στρώμα διοξειδίου του πυριτίου. Πάνω από αυτό αναπτύχθηκε επιταξιακός ημιαγωγός, εγκλωβίζοντας έτσι το διηλεκτρικό μέσα στη συσκευή.
Η προκύπτουσα δομή, που είναι εν μέρει περιοδική, κατάφερε να παράγει λέιζερ σε θερμοκρασία δωματίου.
«Αποδείξαμε ότι μπορούμε να έχουμε ένα μη περιοδικό μοτίβο και μεγαλύτερη ευελιξία στη ρύθμισή του», ανέφερε η Raftery. Η προσέγγιση επιτρέπει διαφορετικό σχεδιασμό της μεταβολής του δείκτη διάθλασης, ώστε να επιτυγχάνονται οι επιθυμητές ιδιότητες του λέιζερ.
Πιο ευέλικτες και αξιόπιστες συσκευές
Ένα σημαντικό πλεονέκτημα της νέας πλατφόρμας είναι η δυνατότητα δημιουργίας διαφορετικών φωτονικών δομών πάνω στο ίδιο υπόστρωμα.
«Αυτή τη στιγμή, μπορείς να αναπτύξεις μόνο ένα είδος δομής κάθε φορά, ενώ εμείς μπορούμε να συνδυάζουμε διαφορετικές δομές στο ίδιο υπόστρωμα», δήλωσε ο Choquette. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιο αξιόπιστα και αποδοτικά λέιζερ.
Το επόμενο βήμα είναι η ανάπτυξη μιας πρακτικότερης συσκευής με ηλεκτρική έγχυση, ώστε η τεχνολογία να πλησιάσει περισσότερο σε εμπορικές εφαρμογές. «Έχουμε αποδείξει τη φυσική. Τώρα πρέπει να αποδείξουμε μια πρακτική συσκευή», σημείωσε ο Choquette.
