Jeni Bushman, İllinoys Universiteti Grainger Mühəndislik Kolleci

Andrew Zinin tərəfindən redaktə edilmişdir

 Redaktorların qeydləriKredit: IEEE Photonics Journal (2025). DOI: 10.1109/JPHOT.2025.3561087

İllinoys Urbana-Şampan Universitetinin Grainger Mühəndislik Kollecinin tədqiqatçıları bu sahədə bir ilk olaraq, otaq temperaturunda və göz üçün təhlükəsiz dalğa uzunluğunda basdırılmış dielektrik fotonik-kristal səthi emissiya edən lazerdən foto pompalanan lazerin olduğunu bildirdilər. Onların IEEE Photonics Journal -da dərc olunan tapıntıları mövcud lazer dizaynını təkmilləşdirir və müdafiə tətbiqləri üçün yeni imkanlar açır.

Onilliklər ərzində elektrik və kompüter mühəndisliyi professoru Kent Choquette laboratoriyası VCSEL-ləri, smartfonlar, lazer printerləri, barkod skanerləri və hətta nəqliyyat vasitələri kimi ümumi texnologiyada istifadə olunan səthi yayan lazer növünü tədqiq etmişdir. Lakin 2020-ci ilin əvvəlində Choquette laboratoriyası fotonik-kristal səthi yayan lazerlər və ya PCSELs adlı yeni lazer növünü təqdim edən Yapon qrupunun təməlqoyma tədqiqatları ilə maraqlandı.

PCSEL-lər yüksək parlaqlıq və dar, dairəvi ləkə ölçüləri kimi çox arzu olunan xüsusiyyətlərə malik lazer şüası istehsal etmək üçün fotonik kristal təbəqədən istifadə edən yarımkeçirici lazerlərin daha yeni sahəsidir . Bu tip lazer döyüş sahəsinin xəritələşdirilməsi, naviqasiya və hədəf izlənməsində istifadə olunan uzaqdan zondlama texnologiyası olan LiDAR kimi müdafiə proqramları üçün faydalıdır. Hərbi Hava Qüvvələri Tədqiqat Laboratoriyasının maliyyə dəstəyi ilə Choquette qrupu bu yeni texnologiyanı araşdırmaq və böyüyən sahədə öz irəliləyişlərini etmək istədi.

Elektrotexnika və kompüter mühəndisliyi üzrə magistr tələbəsi və məqalənin aparıcı müəllifi Erin Raftery, “Biz PCSEL-lərin gələcəkdə son dərəcə vacib olacağına inanırıq” dedi. “Onlar hələ sənaye yetkinliyinə çatmayıblar və biz buna töhfə vermək istədik.”

PCSEL-lər adətən yarımkeçirici material perimetr ətrafında yenidən böyüdükdən sonra cihazın içərisinə daxil olan hava dəliklərindən istifadə etməklə hazırlanır . Bununla belə, yarımkeçiricinin atomları özlərini yenidən təşkil etməyə və bu deşikləri doldurmağa meyllidirlər, bu da fotonik kristal quruluşun bütövlüyünü və vahidliyini pozur. Bu problemlə mübarizə aparmaq üçün İllinoys Qreynqer mühəndisləri yenidən böyümə zamanı fotonik kristalın deformasiyaya uğramasının qarşısını almaq üçün hava dəliklərini bərk dielektrik materialla dəyişdilər. Silikon dioksidi fotonik kristal təbəqənin bir hissəsi kimi yarımkeçiricinin yenidən böyüməsinin içərisinə yerləşdirməklə tədqiqatçılar, basdırılmış dielektrik xüsusiyyətləri olan bir PCSEL konsept dizaynının ilk sübutunu göstərə bildilər.

“İlk dəfə dielektrikləri yenidən böyütməyə cəhd etdikdə bunun mümkün olub-olmadığını bilmirdik” dedi Raftery. “İdeal olaraq, yarımkeçiricilərin böyüməsi üçün siz o çox saf kristal quruluşu əsas təbəqədən yuxarıya qədər saxlamaq istəyirsiniz, buna silikon dioksid kimi amorf materialla nail olmaq çətindir . Amma biz əslində dielektrik materialın ətrafında yanal olaraq böyüyə və yuxarıda birləşə bildik.”

Sahənin üzvləri yaxın 20 ildə bu yeni və təkmilləşdirilmiş lazerlərin avtonom nəqliyyat vasitələrində, lazer kəsmə, qaynaq və boş kosmos rabitəsində istifadə ediləcəyini gözləyirlər. Bu arada, İllinoys mühəndisləri lazerin cərəyan mənbəyinə qoşulmasına imkan verən elektrik kontaktları ilə eyni cihazı yenidən yaradaraq hazırkı dizaynlarını təkmilləşdirəcəklər.

“Bu nəticəyə nail olmaq üçün Erin və Minjoo Larry Lee qrupunun üzvlərinin birgə təcrübəsi, həmçinin Rayt-Patterson Hərbi Hava Qüvvələri bazasındakı Hərbi Hava Qüvvələri Tədqiqat Laboratoriyasındakı imkanlar və təcrübə lazım idi” dedi Choquette. “Biz diod PCSEL əməliyyatını gözləyirik.”

Ətraflı məlumat: EM Raftery et al, Photopumped Buried Dielectric Photonic-Crystal Surface-Emitting Lasers, IEEE Photonics Journal (2025). DOI: 10.1109/JPHOT.2025.3561087

İllinoys Universiteti Grainger Mühəndislik Kolleci tərəfindən təmin edilmişdir