Esnek fotonik kristal lazer mimarisi: Savunma ve lidarda yeni dönem

Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi araştırmacıları, fotonik kristal yüzeyden yayılan lazerlerde kullanılan katı ve tekrarlayan geometrik desenlerin yerine yarı periyodik bir mimari geliştirdi. QPCSEL olarak adlandırılan yeni yaklaşımda, doğrudan yarı iletken üzerine desen açmak yerine silikon dioksit tabakası yarı periyodik biçimde işleniyor ve ardından epitaksiyel yarı iletkenle kaplanıyor. Böylece kırılma indisi daha esnek biçimde tasarlanabiliyor ve üretim sırasında ortaya çıkabilecek geometrik sınırlamalar azaltılıyor.

ESNEK DESENLEME

Geleneksel PCSEL yapıları, ışığın yarı iletken içinde geniş bir alanda kontrol edilmesini sağlayarak dar ve hassas ışınlar üretebiliyor. Ancak bu sistemlerin katı periyodik desenlere bağımlı olması, yeniden büyütülen yarı iletken katmanlarda şekil bozulmalarına ve üretim verimliliğinin düşmesine yol açabiliyor. UIUC ekibi, gömülü dielektrik platformuyla bu sorunu aşmayı hedefledi. Yarı periyodik silikon dioksit deseninin epitaksiyel katmanla kaplanması, farklı fotonik geometrilerin aynı altyapı üzerinde oluşturulmasına imkan tanıyor.

TEK MODLU LAZER

Geliştirilen QPCSEL cihazı, oda sıcaklığında 1,5 mikrometre dalga boyunda ve harici optik pompalama altında kararlı tek modlu lazer emisyonu sağladı. Araştırmacılar, mükemmel biçimde tekrarlanmayan ve kontrollü şekilde değişen yarı periyodik desenlerin de yüksek kaliteli lazer ışını üretebildiğini gösterdi. Topolojik olarak korunan bu yapı, optik kontrolün yalnızca kusursuz periyodik geometrilere bağlı olmadığını ortaya koyuyor. Bu sayede aynı çip üzerinde farklı görevlere yönelik birden fazla lazer yapısının birlikte tasarlanması mümkün hale geliyor.

FOTONİK UYGULAMALAR

Esnek dielektrik desenleme yöntemi, silikon fotonik lidar sistemleri, savunma algılayıcıları, uzay ve havacılık uygulamaları ile yüksek hızlı telekomünikasyon altyapılarında değerlendirilebilecek bir üretim yaklaşımı sunuyor. Aynı yarı iletken alt tabaka üzerinde farklı fotonik kristal desenlerinin birlikte üretilebilmesi, karmaşık optik sistemlerin daha esnek tasarlanmasına ve üretim süreçlerinin sadeleştirilmesine imkan tanıyabilir. Bu yaklaşım, fotonik bileşenlerin ölçeklenebilir üretimi açısından da yeni seçenekler oluşturuyor.

ELEKTRİKSEL ENJEKSİYON

Teknoloji halen kavram kanıtı aşamasında ve cihaz harici optik pompalamayla çalışıyor. UIUC Mühendislik Profesörü Kent Choquette ve ekibi, bir sonraki aşamada elektriksel enjeksiyonla çalışan prototipler geliştirmeyi hedefliyor. Böylece laboratuvar düzeyinde doğrulanan yarı periyodik fotonik kristal mimarisinin pratik lazer diyotlarına dönüştürülmesi ve ticari uygulamalara taşınması amaçlanıyor.