ال
الليزرالمستخدمة لإضاءة شبكات الاتصالات الضوئية في العالم عادة ما تكون مصنوعة من ألياف مخدرة بالإربيوم أو من أشباه الموصلات III-V، لأن هذه
الليزريمكن أن تنبعث منها أطوال موجية للأشعة تحت الحمراء يمكن نقلها عبر الألياف الضوئية. ومع ذلك، في الوقت نفسه، ليس من السهل دمج هذه المادة مع إلكترونيات السيليكون التقليدية.
وفي دراسة جديدة، قال علماء في إسبانيا إنه من المتوقع في المستقبل أن ينتجوا أشعة ليزر تحت الحمراء يمكن تغليفها على طول الألياف الضوئية أو ترسيبها مباشرة على السيليكون كجزء من عملية تصنيع CMOS. لقد أثبتوا أن النقاط الكمومية الغروية المدمجة في تجويف بصري مصمم خصيصًا يمكن أن تتولد
الليزرالضوء من خلال نافذة اتصال بصرية في درجة حرارة الغرفة.
النقاط الكمومية هي عبارة عن أشباه موصلات نانوية الحجم تحتوي على إلكترونات. مستويات طاقة الإلكترونات مماثلة لمستويات الذرات الحقيقية. يتم تصنيعها عادةً عن طريق تسخين الغرويات التي تحتوي على سلائف كيميائية لبلورات النقاط الكمومية، ولها خصائص كهروضوئية يمكن تعديلها عن طريق تغيير حجمها وشكلها. وحتى الآن، تم استخدامها على نطاق واسع في أجهزة مختلفة، بما في ذلك الخلايا الكهروضوئية، والثنائيات الباعثة للضوء، وكاشفات الفوتون.
في عام 2006، أظهر فريق من جامعة تورنتو في كندا استخدام النقاط الكمومية الغروية من كبريتيد الرصاص في أشعة الليزر تحت الحمراء، ولكن يجب أن يتم ذلك عند درجات حرارة منخفضة لتجنب الإثارة الحرارية لإعادة تركيب أوجيه للإلكترونات والثقوب. في العام الماضي، أفاد باحثون في نانجينغ بالصين عن أشعة ليزر تحت الحمراء تنتجها نقاط مصنوعة من سيلينيد الفضة، لكن رناناتها كانت غير عملية تمامًا ويصعب ضبطها.
وفي أحدث الأبحاث، اعتمد جيراسيموس كونستانتاتوس من معهد برشلونة للتكنولوجيا في إسبانيا وزملاؤه على ما يسمى بتجويف التغذية الراجعة الموزعة لتحقيق أشعة الليزر تحت الحمراء في درجة حرارة الغرفة. تستخدم هذه الطريقة مقضبًا للحد من نطاق الطول الموجي الضيق جدًا، مما يؤدي إلى وضع ليزر واحد.
ولصنع الشبكة، استخدم الباحثون الطباعة الحجرية بشعاع الإلكترون لحفر أنماط على ركيزة الياقوت. لقد اختاروا الياقوت بسبب موصليته الحرارية العالية، والتي يمكن أن تزيل معظم الحرارة الناتجة عن المضخة الضوئية - وهذه الحرارة ستتسبب في إعادة تجميع الليزر وجعل إخراج الليزر غير مستقر.
بعد ذلك، قام كونستانتانتوس وزملاؤه بوضع مادة غروية نقطية من كبريتيد الرصاص على تسع شبكات ذات درجات مختلفة، تتراوح من 850 نانومتر إلى 920 نانومتر. واستخدموا أيضًا ثلاثة أحجام مختلفة من النقاط الكمومية بأقطار 5.4 نانومتر، و5.7 نانومتر، و6.0 نانومتر.
في اختبار درجة حرارة الغرفة، أثبت الفريق أنه يمكنه توليد أشعة ليزر في نطاق الاتصالات c-band، وl-band، وu-band، من 1553 نانومتر إلى 1649 نانومتر، ليصل إلى العرض الكامل، ونصف الحد الأقصى للقيمة، وبقيمة منخفضة تصل إلى 0.9 meV. ووجدوا أيضًا أنه بسبب كبريتيد الرصاص المخدر، يمكنهم تقليل كثافة الضخ بحوالي 40%. يعتقد كونستانتاناتوس أن هذا التخفيض سيمهد الطريق لمضخات ليزر أكثر عملية وأقل طاقة، وربما يمهد الطريق أيضًا للضخ الكهربائي.
أما بالنسبة للتطبيقات المحتملة، فقال كونستانتاتوس إن حل النقطة الكمومية قد يجلب مصادر ليزر متكاملة جديدة CMOS لتحقيق اتصال رخيص وفعال وسريع داخل أو بين الدوائر المتكاملة. وأضاف أنه بالنظر إلى أن أشعة الليزر تحت الحمراء تعتبر غير ضارة للرؤية البشرية، فإنها قد تعمل أيضًا على تحسين الليدار.
ومع ذلك، قبل أن يتم استخدام الليزر، يجب على الباحثين أولاً تحسين موادهم لإثبات استخدام الليزر مع مصادر مضخة الموجة المستمرة أو النبضة الطويلة. والسبب في ذلك هو تجنب استخدام أشعة الليزر الفرعية الباهظة الثمن والضخمة. وقال كونستانتاتوس: "ستسمح لنا نبضات النانو ثانية أو الموجات المستمرة باستخدام ليزر الصمام الثنائي، مما يجعلها إعدادًا عمليًا أكثر".
