ابداع لیزرهای ارزان برای کاربردهای گسترده SWIR

تکنولوژی‌های لیزر فعلی در محدوده طیفی SWIR

تکنولوژی‌های لیزر فعلی در محدوده طیفی SWIR (مادون قرمز کوتاه) به مواد گران‌قیمت و پیچیده‌ای وابسته هستند که این موضوع باعث محدودیت در مقیاس‌پذیری و قابلیت دسترسی آن‌ها می‌شود. برای حل این چالش‌ها، محققان ICFO شامل دکتر گای ال. ویتورث، دکتر کارملیتا رودا، دکتر ماریونا دالماسس، دکتر نیما تغیپور، میگل دوسیل، دکتر کاترینا نیکولایدو و حامد دهقانی‌پور، به رهبری پروفسور جرسیماس کونستانتاتوس، رویکرد جدیدی را مبتنی بر نقاط کوانتومی کلوئیدی در مقاله‌ای در مجله Advanced Materials ارائه داده‌اند.

تولید نور هم‌فاز در محدوده SWIR

این تیم موفق به تولید نور هم‌فاز (که شرط لازم برای ایجاد لیزرها است) در محدوده SWIR با استفاده از نقاط کوانتومی کلوئیدی بزرگی از سولفید سرب (PbS) شد. این تکنولوژی جدید مبتنی بر نقاط کوانتومی کلوئیدی، راه‌حلی برای چالش‌های ذکر شده ارائه می‌دهد و در عین حال با پلتفرم‌های سیلیکونی CMOS (تکنولوژی مورد استفاده برای ساخت تراشه‌های مدار مجتمع) برای ادغام روی تراشه سازگار است.

نقاط کوانتومی کلوئیدی PbS

نقاط کوانتومی کلوئیدی PbS اولین ماده نیمه‌هادی لیزری هستند که دامنه وسیعی از طول موج‌ها را پوشش می‌دهند. به طرز شگفت‌انگیزی، محققان این موفقیت را بدون تغییر در ترکیب شیمیایی نقاط به دست آورده‌اند. این نتایج راه را برای تحقق لیزرهای نقاط کوانتومی کلوئیدی با کاربردهای عملی و جمع و جور هموار می‌کند.

این پیشرفت‌ها نشان‌دهنده گام‌های مهمی در جهت توسعه لیزرهای جدید و کارآمد در محدوده SWIR هستند.

تحولی در فناوری لیزرهای مادون قرمز

تیم تحقیقاتی برای اولین بار موفق به ایجاد لیزر در نقاط کوانتومی PbS با تحریک نانوثانیه‌ای شد. این امر نیاز به تقویت‌کننده‌های لیزری بزرگ و پرهزینه فمتوثانیه‌ای را برطرف کرد. این دستاورد با استفاده از نقاط کوانتومی بزرگ‌تر به دست آمد که به افزایش ده برابری سطح جذب این نقاط منجر گردید و در نتیجه آستانه بهره نوری به طور چشمگیری کاهش یافت؛ این آستانه نقطه‌ای است که در آن انتشار نور لیزر به یک فرآیند کارآمد تبدیل می‌شود.

توانایی تولید لیزرهای مادون قرمز با هزینه پایین و مقیاس‌پذیر در دامنه SWIR (مادون قرمز کوتاه موج) به حل مشکلات اساسی در فناوری‌های مختلف کمک می‌کند. این نوآوری پتانسیل تحولی برای کاربردهای گوناگون، از جمله تشخیص گازهای خطرناک، سیستم‌های لیدار ایمن برای چشم، مدارهای یکپارچه فوتونیک پیشرفته و تصویربرداری در پنجره زیستی SWIR دارد. صنایعی که به سیستم‌های لیدار، حسگرهای گاز و بیومدیسین وابسته هستند، می‌توانند از این راه‌حل مقرون به صرفه و قابل یکپارچه‌سازی بهره‌مند شوند.

علاوه بر این، این پیشرفت به انتقال به مدارهای یکپارچه فوتونیک سازگار با سیلیکون کمک می‌کند و امکان کوچک‌سازی بیشتر و پذیرش گسترده‌تر را فراهم می‌آورد. پروفسور گراسیموس کونسنتاتوس از ICREA گفت: “کار ما نمایانگر یک تغییر پارادایمی در فناوری لیزرهای مادون قرمز است. برای اولین بار، ما موفق به ایجاد لیزر در دامنه SWIR با مواد پردازش شده در محلول در دمای اتاق شده‌ایم که راه را برای کاربردهای عملی و توسعه فناوری‌های قابل دسترس‌تر هموار می‌کند.”