لیزرهای SWIR: تحولی در افق فناوری

این روزها، لیزرهای موجود در پهنه‌ی SWIR (مادون قرمز نزدیک) با مواد گرون‌قیمت و پیچیده سر و کار دارن که کار رو برای توسعه‌ی مقیاس‌پذیر و در دسترس گذاشتن فناوری سخت کرده. دانشمندا در ICFO، از جمله دکتر گای ال. ویت‌ورث، دکتر کارملیتا رودا، دکتر ماریونا دالمس، دکتر نیما تقی‌پور، میگل دوسیل، دکتر کاترینا نیکولایدو و حامد دهقان‌پور، زیر نظر پروفسور گراسیموس کونستانتاتوس از ICREA، تو یه مقاله توی مجله‌ی Advanced Materials، یه راه‌حل مبتکرانه بر پایه نقاط کوانتومی کلوئیدی ارائه دادن تا این مشکلات رو حل کنن.

نور هماهنگ: کلید تولید لیزر در SWIR

این تیم، با استفاده از نقاط کوانتومی کلوئیدی بزرگ که از سولفید سرب (PbS) ساخته شدن، تونستن نور هم‌فاز (یعنی نوری که برای ساخت لیزر لازمه) رو توی محدوده SWIR تولید کنن. این فناوری جدید که بر پایه CQD (نقاط کوانتومی کلوئیدی) طراحی شده، هم مشکلات قبلی رو حل می‌کنه و هم با پلتفرم‌های سیلیکونی CMOS (همون تکنولوژی که برای ساخت تراشه‌های کامپیوتری استفاده میشه) سازگاری داره، یعنی می‌شه اونا رو روی تراشه ادغام کرد.

تصویری از محققان در حال کار روی فناوری لیزر با نقاط کوانتومی کلوئیدی
دانشمندانی که دارن روی تولید نور هم‌فاز با استفاده از نقاط کوانتومی کار می‌کنن.

PbS: اولین ماده‌ی نیمه‌رسانای لیزری

نقاط کوانتومی کلوئیدی PbS، اولین مواد نیمه‌رسانای لیزری هستن که می‌تونن طول موج‌های زیادی رو پوشش بدن. نکته‌ی جالب اینه که محققا این موفقیت رو بدون تغییر دادن ترکیب شیمیایی این نقاط به‌دست آوردن. این نتایج، مسیر رو برای ساخت لیزرهای جمع‌وجور و کاربردی با نقاط کوانتومی کلوئیدی هموار می‌کنه.

یک تصویر هنری از امواج نور در محدوده SWIR که مفهوم تولید نور هم‌فاز را نشان می دهد.
یه تصویر جذاب از تولید نور هم‌فاز توی SWIR با استفاده از نقاط کوانتومی.

گامی بزرگ به‌سوی آینده‌ی لیزرهای مادون قرمز

تیم تحقیقاتی برای اولین بار، با استفاده از تحریک نانوسکندی، موفق به ساخت لیزر با نقاط کوانتومی PbS شدن، که این موضوع باعث میشه نیازی به تقویت‌کننده‌های لیزر بزرگ و گرون‌قیمت فمتوثانیه‌ای نباشه. این موفقیت با استفاده از نقاط کوانتومی بزرگ‌تر به دست اومده، که باعث شده سطح جذب نور ده برابر بیشتر بشه و در نتیجه، آستانه‌ی افزایش نور به‌طور قابل‌توجهی کم بشه. به‌زبون ساده، دیگه برای تولید نور لیزری لازم نیست انرژی زیادی مصرف بشه و این فرآیند خیلی بهتر انجام میشه.

تصویری نزدیک از نقاط کوانتومی کلوئیدی ساخته شده از سولفید سرب ساختار منحصر به فرد آن را نشان می دهد.
نقاط کوانتومی PbS که به عنوان اولین ماده لیزری نیمه‌هادی معرفی شدن.

تولید لیزرهای مادون قرمز با هزینه‌ی کم و مقیاس‌پذیری توی محدوده‌ی SWIR (مادون قرمز نزدیک) می‌تونه راه‌حل‌های اساسی برای مشکلات مختلف فناوری ارائه بده. این نوآوری، پتانسیل زیادی برای کاربردهای متنوعی مثل تشخیص گازهای خطرناک، سیستم‌های LIDAR ایمن برای بینایی ماشین، مدارهای فوتونیک پیشرفته‌ی یکپارچه و تصویربرداری توی محدوده‌ی بیولوژیکی SWIR داره. صنایع وابسته به سیستم‌های LIDAR، حسگرهای گاز و بیومدیسین، به‌خاطر این راه‌حل مقرون‌به‌صرفه و قابل‌ادغام، می‌تونن خیلی پیشرفت کنن.

علاوه بر اینها، این پیشرفت از انتقال به مدارهای فوتونیک یکپارچه‌ی سازگار با سیلیکون حمایت می‌کنه و باعث میشه این فناوری کوچک‌تر و فراگیرتر بشه. پروفسور گراسیموس کونستانتاتوس از ICREA می‌گه: “کار ما یه تغییر اساسی تو فناوری لیزرهای مادون قرمز ایجاد می‌کنه. برای اولین‌بار، ما تونستیم با استفاده از مواد پردازش‌شده در محلول و توی دمای اتاق، لیزر رو توی محدوده‌ی SWIR بسازیم. این موضوع، راه رو برای کاربردهای عملی و توسعه‌ی فناوری‌های در دسترس‌تر هموار می‌کنه.”

“`

مقاله های شبیه به این مقاله

بیشتر بخوانید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *