903
Фотонні кристали зазвичай будують як дуже точні повторювані візерунки. Інженери University of Illinois показали, що сувора періодичність не є обов’язковою: вони створили quasi-periodic photonic-crystal surface-emitting laser, або QPCSEL, у якому частина структури не повторюється, але пристрій усе одно стабільно генерує лазерне світло при кімнатній температурі.
PCSEL — це клас напівпровідникових лазерів, де фотонний кристал керує рухом світла всередині пристрою й дозволяє виводити промінь перпендикулярно поверхні чипа.
Такі лазери цікавлять інженерів через поєднання високої потужності, хорошої якості променя та можливості інтеграції в компактні системи.
Що показало дослідження
Класичний фотонний кристал складається з регулярної решітки отворів або ділянок із різним показником заломлення. Зміна властивостей лазера часто вимагає переробляти всю геометрію структури.
Graduate student Erin Raftery застосувала topologically inspired nonrepeating patterning до buried dielectric platform, яку лабораторія раніше продемонструвала у 2025 році.
Замість того щоб травити вертикальні отвори крізь усі напівпровідникові шари, команда формувала малюнок у silicon dioxide, після чого закривала його epitaxial semiconductor. У результаті діелектричний візерунок опинявся всередині структури.
Створений частково неперіодичний пристрій успішно працював як лазер при кімнатній температурі.
Чому це важливо
Buried dielectric approach дозволяє комбінувати різні візерунки на одній підкладці, тоді як традиційні епітаксійні структури значно сильніше прив’язані до одного типу геометрії.
Поки команда продемонструвала фізику та оптичне накачування. Наступний крок — створити electrically injected diode laser, який можна живити електричним струмом без зовнішнього лазерного джерела.
Surface-emitting architecture цікава тим, що дозволяє створювати великі апертури без типових обмежень edge-emitting laser. Саме тому PCSEL розглядають для потужних систем зв’язку, sensing, aerospace та defense applications.
Квазіперіодичний візерунок дає інженерам додаткові ступені свободи: властивості моди можна змінювати не лише періодом решітки, а й локальним розташуванням діелектричних елементів.
Buried dielectric platform також відділяє оптичний patterning від частини складної epitaxial growth. Це може зробити виробництво різних варіантів на одній wafer більш гнучким.
Команда підкреслює, що наступний електрично накачуваний варіант буде значно складнішим, бо потрібно одночасно зберегти потрібний optical mode, забезпечити injection current і не створити надлишкових втрат.
Джерело: Phys.org / University of Illinois
