Новый прорыв в полупроводниковых нанолазерах
Недалек тот сутки, в то время, когда мы заметим огромный взлет потенциальных возможностей лазерной разработке. Серьёзный ход в этом направлении сделали физики из Голландии и США. Их работа открывает новые возможности по миниатюризации полупроводниковых лазеров и применению их в быстродейcтвующих линиях и компьютерах связи.
Группа исследователей из Технического университета Эйндховена (Нидерланды) и Университета штата Аризона (США) показала самый узкий в мире полупроводниковый лазер. Данные исследований размещены в интернет-издании Optics Express (Lasing in metal-insulator-metal sub-wavelength plasmonic waveguides
Спектр излучения нанолазера с толщиной полупроводникового слоя в (90 ± 20) нм при температуре 10 К и токе накачки 200 мкА. На врезке продемонстрированы спектры излучения в тех же температурных условиях при токе 55 (светло синий линия), 65 (зеленая) и 75 (красная) мкА.
Минимальные линейные размеры лазеров, как полагают, определяются длиной волны излучения (см. дифракционный предел); в случае если принять ее за 1500 нм и учесть показатель преломления, что при полупроводникового материала можно считать равным трем, окажется, что ширина (протяженность, высота) активного элемента обязана быть больше 250 нм.
Авторы разглядываемой работы продемонстрировали, что это ограничение возможно обойти, применяя в конструкции лазера сочетание полупроводников, металлов и диэлектриков. Ученые создали двойную гетероструктуру (см. рисунок ниже) на базе фосфида индия InP и арсенида индия-галлия InGaAs толщиной около 80 нм, по бокам которой были расположены слои диэлектрика — нитрида кремния — толщиной 20 нм. После этого на подготовленные так поверхности активного элемента было нанесено серебряное покрытие.
Организованная структура исправно функционировала при температурах около 10 К; сейчас исследователи пробуют отыскать метод взять лазерное излучение при комнатной температуре. «Мы первыми преодолели ограничение на размеры нанолазеров, —говорит начальник работы проф. Аризонского Университета на данный момент-Чжэн Нин (Cun-Zheng Ning). — Это ответственное достижение; перед нанолазерами раскрываются важные возможности в медицине и электронике».
Проф. Цунь-Чжэн Нин в лаборатории наноэлектроники
Изображение полупроводникового слоя нанолазера, полученное посредством сканирующего электронного микроскопа; иллюстрация и — 1 масштабная (полоска из издания Optics Express).
Евгений Биргер