این
لیزرهابرای روشن کردن شبکه های ارتباطی نوری جهان معمولاً از الیاف دوپ شده با اربیوم یا نیمه هادی های III-V استفاده می شود، زیرا این
لیزرهامی تواند طول موج های مادون قرمز را منتشر کند که می تواند از طریق فیبرهای نوری منتقل شود. با این حال، در عین حال، ادغام این ماده با الکترونیک سیلیکونی سنتی آسان نیست.
در یک مطالعه جدید، دانشمندان اسپانیایی گفتند که در آینده انتظار می‌رود لیزرهای مادون قرمزی تولید کنند که می‌تواند در امتداد فیبرهای نوری پوشش داده شود یا به‌عنوان بخشی از فرآیند تولید CMOS مستقیماً روی سیلیکون قرار گیرد. آنها نشان داده اند که نقاط کوانتومی کلوئیدی ادغام شده در یک حفره نوری خاص می تواند تولید کند.
لیزرنور از طریق یک پنجره ارتباط نوری در دمای اتاق.
نقاط کوانتومی نیمه هادی هایی در مقیاس نانو هستند که حاوی الکترون هستند. سطح انرژی الکترون ها مشابه سطح انرژی اتم های واقعی است. آنها معمولاً با گرم کردن کلوئیدهای حاوی پیش سازهای شیمیایی کریستال های نقطه کوانتومی ساخته می شوند و دارای خواص فوتوالکتریک هستند که می توان با تغییر اندازه و شکل آنها را تنظیم کرد. تا کنون، آنها به طور گسترده ای در دستگاه های مختلف، از جمله سلول های فتوولتائیک، دیودهای ساطع کننده نور و آشکارسازهای فوتون استفاده شده اند.
در سال 2006، تیمی از دانشگاه تورنتو در کانادا استفاده از نقاط کوانتومی کلوئیدی سولفید سرب را برای لیزرهای مادون قرمز نشان دادند، اما این کار باید در دمای پایین انجام شود تا از تحریک حرارتی بازترکیب اوگر الکترون‌ها و حفره‌ها جلوگیری شود. سال گذشته، محققان در نانجینگ، چین گزارش دادند که لیزرهای مادون قرمز تولید شده توسط نقاط ساخته شده از سلنید نقره، اما تشدیدگرهای آنها کاملا غیر عملی و تنظیم آنها دشوار بود.
در جدیدترین تحقیقات، گراسیموس کنستانتاتوس از موسسه فناوری بارسلون در اسپانیا و همکارانش برای دستیابی به لیزرهای مادون قرمز در دمای اتاق، به یک حفره بازخورد به اصطلاح توزیع شده تکیه کردند. این روش از یک گریتینگ برای محدود کردن یک باند طول موج بسیار باریک استفاده می کند که در نتیجه یک حالت لیزری واحد ایجاد می شود.
برای ساخت این توری، محققان از لیتوگرافی پرتو الکترونی برای حک کردن الگوهای روی بستر یاقوت کبود استفاده کردند. آنها یاقوت کبود را به دلیل رسانایی حرارتی بالای آن انتخاب کردند، که می تواند بیشتر گرمای تولید شده توسط پمپ نوری را از بین ببرد - این گرما باعث می شود لیزر دوباره ترکیب شود و خروجی لیزر را ناپایدار کند.
سپس، کنستانتاتوس و همکارانش یک کلوئید نقطه کوانتومی سولفید سرب را روی 9 توری با گام های مختلف، از 850 نانومتر تا 920 نانومتر، قرار دادند. آنها همچنین از سه اندازه مختلف نقطه کوانتومی با قطرهای 5.4 نانومتر، 5.7 نانومتر و 6.0 نانومتر استفاده کردند.
در آزمایش دمای اتاق، تیم نشان داد که می‌تواند لیزرهایی را در باند c، باند l و u، از 1553 نانومتر تا 1649 نانومتر تولید کند که به عرض کامل، نیمی از حداکثر مقدار، تا 0.9 می‌رسد. meV. آنها همچنین دریافتند که به دلیل سولفید سرب دوپ شده n، می توانند شدت پمپاژ را تا حدود 40 درصد کاهش دهند. کنستانتاتوس معتقد است که این کاهش راه را برای لیزرهای پمپی کاربردی تر و کم توان هموار می کند و حتی ممکن است راه را برای پمپاژ الکتریکی هموار کند.
در مورد کاربردهای بالقوه، کنستانتاتوس گفت که راه حل نقطه کوانتومی ممکن است منابع لیزر یکپارچه CMOS جدیدی را برای دستیابی به ارتباطات ارزان، کارآمد و سریع در داخل یا بین مدارهای مجتمع به ارمغان آورد. وی افزود: با توجه به اینکه لیزرهای مادون قرمز برای بینایی انسان بی ضرر هستند، ممکن است لیدار را نیز بهبود بخشد.
با این حال، قبل از استفاده از لیزر، محققان باید ابتدا مواد خود را برای نشان دادن استفاده از لیزر با منابع پمپ موج پیوسته یا پالس بلند بهینه کنند. دلیل این امر پرهیز از استفاده از لیزرهای گران قیمت و حجیم زیر پیکوثانیه است. کنستانتاتوس گفت: پالس‌های نانوثانیه یا امواج پیوسته به ما امکان استفاده از لیزرهای دیود را می‌دهند و آن را به تنظیمات کاربردی‌تری تبدیل می‌کنند.
