Исследовательская группа Университета штата Аризона
продемонстрировала полупроводниковый лазерный чип с абсолютно рекордной
шириной перестройки излучения по длинам волн – от 500 до 700 нм.
Полупроводниковые лазеры с широкой полосой перестройки дают
исключительные возможности использования в различных приложениях,
начиная со спектроскопии и телекоммуникаций и кончая микросхемами для
биологических и химических детекторов.
Научный руководитель команды исследователей – профессор департамента электротехники Университета штата Аризона (Arizona State University)
Кун-Женг Нинг (Cun-Zheng Ning). Результаты работы опубликованы в
интернет издании журнала Nano Letters (Anlian Pan, Weichang Zhou,
Eunice S. P. Leong, Ruibin Liu, Alan H. Chin, Bingsuo Zou and C. Z.
Ning. Continuous Alloy-Composition Spatial Grading and Superbroad
Wavelength-Tunable Nanowire Lasers on a Single Chip, – Nano Lett.,
2009, 9 (2), pp 784–788; DOI: 10.1021/nl803456k).
Получение же генерации в широкой полосе всегда вызывало определенные
трудности, связанные с ограничениями на решеточные несоответствия в
стандартном подходе: эпитаксия особенно легко осуществляется, если
разность постоянных решёток не превышает 10%. Это отражается на
возможном диапазоне длин волн, поскольку длина волны излучения
полупроводниковых лазеров определяется шириной запретной зоны
используемого полупроводника. Лазеры с широким диапазоном перестройки
нуждаются в сплавах полупроводниковых материалов с близкими
перестраиваемыми запрещенными зонами, что, в свою очередь, вызывает
проблемы с подбором состава таких сплавов, где все компоненты
существенно ограничены несоответствием решеток.
Нанотехнологии дали возможность существенно расширить диапазон
несоответствия решеток, а в отдельных случаях и снять это требование
вообще. Это, в принципе, дает возможность выращивать на единой подложке
широкий спектр изменяемых композиций полупроводниковых сплавов. Группа
проф. Кун-Женг Нинга путем тщательного подбора составляющих, а также
контроля температуры роста и других необходимых параметров процесса,
успешно синтезировала нанопровода сплава типа CdSxSe1-x, где x
непрерывно изменяется от одного края подложки до другого в диапазоне от
0 до 1.
Как результат, полупроводниковые кристалличекие пластины
имеют непрерывную картину совмещенных запрещенных зон между 1,75 эВ и
2,5 эВ, что в терминах длин волн означает 500 и 700 нм. Пластина
покрыта нанопроволочками, которые являются индивидуальными
нанолазерами. Поскольку вся система выращена на одной подложке с
упомянутыми выше свойствами, при оптической накачке, каждый участок
пластины способен генерировать излучение с определенной длиной волны.
Столь широкая полоса длин волн лазерного излучения, генерируемого
перестраиваемыми лазерами группы проф. Кун-Женг Нинга, предполагает
множество современных приложений. Перестраиваемые лазеры являются
жизненно важной частью любых спектроскопических исследований- от чисто
исследовательских лабораторий до распознавания отпечатков пальцев в
полевых условиях. Они могут быть использованы в качестве многоволновых
источников инициирующего излучения во флуоресцентных системах
биологических и химических датчиков. Они также могут быть использованы
в коммуникационных системах для мультиплексирования и
демультиплексирования сигнала. Множество других приложений станут
актуальными, если удасться решить задачу управления такими лазерами
электрическим путем.
Группа в настоящее время работает над расширением
перестраиваемой полосы длин волн и некоторыми другими вопросами,
включая подбор уникальных композиций полупроводниковых сплавов для
приложений в определенных зонах оптического спектра. В своих работах
аризонские исследователи широко сотрудничают с коллегами из Хунанского
Университета (Hunan University), Китай. Исследования финансируются
Научным Фондом Аризоны (Science Foundation of Arizona) и Офис научных
исследований армии США (Army Research Office).
Евгений Биргер |
