I ricercatori dell’Università dell’Illinois di Urbana-Champaign hanno ricavato un laser fotopompato da un laser a emissione superficiale a cristallo fotonico dielettrico sepolto, che funziona a temperatura ambiente e a una lunghezza d’onda sicura per gli occhi.
Gli ingegneri dell’Università dell’Illinois di Urbana-Champaign hanno sviluppato un laser fotopompato da un laser a emissione superficiale a cristallo fotonico dielettrico sepolto, che funziona a temperatura ambiente e a una lunghezza d’onda sicura per gli occhi. I ricercatori prevedono che nei prossimi 20 anni questi laser nuovi saranno utilizzati nei veicoli autonomi, nel taglio laser, nella saldatura e nelle comunicazioni spaziali, aprendo nuove strade per le applicazioni nel settore della difesa.
Da anni il laboratorio di Kent Choquette, professore di ingegneria elettrica e informatica, studia i VCSEL, un tipo di laser a emissione superficiale utilizzato in tecnologie comuni come smartphone, stampanti laser, scanner di codici a barre e persino veicoli. Ma all’inizio del 2020, il laboratorio di Choquette si è interessato a una ricerca giapponese che ha introdotto un nuovo tipo di laser chiamato laser a emissione superficiale a cristallo fotonico, o PCSEL.
I laser PCSEL
I PCSEL sono un campo più recente di laser a semiconduttore che utilizza uno strato di cristallo fotonico per produrre un raggio laser con caratteristiche altamente desiderabili, come elevata luminosità e spot stretti e rotondi. Questo tipo di laser è utile per applicazioni di difesa come il LiDAR, una tecnologia di telerilevamento utilizzata nella mappatura dei campi di battaglia, nella navigazione e nel tracciamento dei bersagli. Grazie ai finanziamenti dell’Air Force Research Laboratory, il gruppo di Choquette ha voluto esaminare questa nuova tecnologia e apportare i propri progressi in questo campo in crescita.
“Riteniamo che i PCSEL saranno estremamente importanti in futuro. Non hanno ancora raggiunto la maturità industriale e volevamo contribuire a questo obiettivo” sottolinea Erin Raftery, laureata in ingegneria elettrica e informatica e autrice principale dell’articolo.
I PCSEL sono tipicamente prodotti usando fori d’aria, che si incastrano all’interno del dispositivo dopo la ricrescita del materiale semiconduttore lungo il perimetro. Tuttavia, gli atomi del semiconduttore tendono a riorganizzarsi e a riempire questi fori, compromettendo l’integrità e l’uniformità della struttura del cristallo fotonico. Per risolvere questo problema, gli ingegneri dell’Università dell’Illinois hanno sostituito i fori d’aria con un materiale dielettrico solido per impedire al cristallo fotonico di deformarsi durante la ricrescita. Incorporando il biossido di silicio all’interno della ricrescita del semiconduttore come parte dello strato del cristallo fotonico, i ricercatori sono stati in grado di presentare il primo prototipo di un PCSEL con caratteristiche dielettriche nascoste.
Nei prossimi anni, i ricercatori dell’Illinois miglioreranno il progetto attuale, ricreando lo stesso dispositivo con contatti elettrici che consentano di collegare il laser a una fonte di corrente per l’alimentazione.
“L’esperienza combinata di Erin e dei membri del gruppo giapponese, così come le strutture e le competenze dell’Air Force Research Laboratory presso la base aeronautica di Wright-Patterson, sono state necessarie per raggiungere questo risultato. Non vediamo l’ora di mettere in funzione il diodo PCSEL” conclude Choquette.
