Optisk pumpet laser tættere på at forbedre sensorernes behandlingshastighed

Forestil dig at skabe et materiale til den digitale informationsmotorvej, der tillader en hurtig bane af laserlys, der lyner data forbi de traditionelle siliciumchips.

Et multiinstitutionelt team af forskere, ledet af University of Arkansas ingeniørprofessor Shui-Qing "Fisher" Yu og en førende producent af halvlederudstyr i Arkansas, har foretaget væsentlige forbedringer af en ny slags laser, en halvledende enhed, der injiceres med lys, ligner en indsprøjtning af elektrisk strøm. Denne "optisk pumpede" laser, som er lavet af germaniumtin dyrket på siliciumsubstrater, kunne føre til hurtigere mikrobehandlingshastighed til meget lavere omkostninger.

De nye resultater, rapporteret i ACS Fotonik , et tidsskrift fra American Chemical Society, demonstreret, at den seneste version af denne type laser er i stand til at dække et bredere bølgelængdeområde, fra 2 til 3 mikrometer, mens du bruger en lavere lasertærskel og højere driftstemperatur – 180 Kelvin, eller minus 135 Farenheit – hvilket betyder mindre strømforbrug.

Det legerede germaniumtin er et lovende halvledende materiale, der let kan integreres i elektroniske kredsløb, såsom dem, der findes i computerchips og sensorer. Materialet kan føre til udvikling af billige, letvægts, kompakte og lavt strømforbrugende elektroniske komponenter, der bruger lys til informationstransmission og sensing.

Germaniumtin udnytter effektiv lysudsendelse, en funktion, som silicium, standard halvleder til computerchips, ikke kan gøre. I de seneste år, materialeforskere og ingeniører, inklusive Yu og flere af hans kolleger på dette projekt, har fokuseret på at dyrke germaniumtin på siliciumsubstrater for at bygge en optoelektronik "superchip", der kan transmittere data meget hurtigere end nuværende chips. I 2016 Yu og hans kolleger rapporterede om fremstillingen af ​​deres første generation, optisk pumpet laser.

Forskerne opnåede først en laseroperationstemperatur på op til 110 Kelvin. Den seneste temperatur opnået med deres laser er 180 Kelvin, eller minus 135 grader Farenheit, den hidtil højeste rapporterede for en germanium-tinlaser.

Bredere bølgelængdeområde betyder potentielt mere kapacitet til at transmittere data, sagde Yu. En lavere lasertærskel og højere driftstemperatur letter mindre strømforbrug, som holder omkostningerne nede og hjælper med designenkelhed. Yu sagde, at disse forbedringer indikerer, at enheden er tættere på praktisk anvendelse.

Yu tilskrev den overlegne laserydelse til unikke epitaksielle væksttilgange, som forskerne udviklede baseret på nyopdagede metoder til dyrkning af materialet. Epitaksi er processen med aflejring af lag, eller oblater, af halvledende materialer på et krystallinsk substrat.

"Resultaterne rapporteret i dette arbejde viser et stort fremskridt i retning af laserkilder til integreret fotonik, " sagde Yu.