Les scientifiques ont réussi à générer un laser infrarouge à température ambiante, ce qui devrait permettre d'obtenir des lasers à pompe de moindre puissance.

Lelasersutilisés pour éclairer les réseaux de communication optiques du monde sont généralement constitués de fibres dopées à l'erbium ou de semi-conducteurs III-V, car ceslaserspeut émettre des longueurs d’onde infrarouges qui peuvent être transmises par des fibres optiques. Cependant, en même temps, ce matériau n’est pas facile à intégrer à l’électronique traditionnelle en silicium.

Dans une nouvelle étude, des scientifiques espagnols ont déclaré qu'à l'avenir, ils devraient produire des lasers infrarouges pouvant être recouverts le long de fibres optiques ou déposés directement sur du silicium dans le cadre du processus de fabrication CMOS. Ils ont démontré que des points quantiques colloïdaux intégrés dans une cavité optique spécialement conçue peuvent générerlaserlumière à travers une fenêtre de communication optique à température ambiante.

Les points quantiques sont des semi-conducteurs à l'échelle nanométrique contenant des électrons. Les niveaux d’énergie des électrons sont similaires à ceux des atomes réels. Ils sont généralement fabriqués en chauffant des colloïdes contenant des précurseurs chimiques de cristaux de points quantiques et possèdent des propriétés photoélectriques qui peuvent être ajustées en modifiant leur taille et leur forme. Jusqu’à présent, ils ont été largement utilisés dans divers dispositifs, notamment les cellules photovoltaïques, les diodes électroluminescentes et les détecteurs de photons.

En 2006, une équipe de l'Université de Toronto au Canada a démontré l'utilisation de points quantiques colloïdaux de sulfure de plomb pour les lasers infrarouges, mais cela doit être fait à basse température pour éviter d'exciter thermiquement la recombinaison Auger des électrons et des trous. L'année dernière, des chercheurs de Nanjing, en Chine, ont fait état de lasers infrarouges produits par des points en séléniure d'argent, mais leurs résonateurs étaient peu pratiques et difficiles à régler.

Dans les dernières recherches, Gerasimos Konstantatos de l'Institut de technologie de Barcelone en Espagne et ses collègues se sont appuyés sur une cavité dite à rétroaction distribuée pour réaliser des lasers infrarouges à température ambiante. Cette méthode utilise un réseau pour limiter une bande de longueur d’onde très étroite, ce qui donne lieu à un mode laser unique.

Pour fabriquer le réseau, les chercheurs ont utilisé la lithographie par faisceau d’électrons pour graver des motifs sur le substrat saphir. Ils ont choisi le saphir en raison de sa conductivité thermique élevée, qui peut éliminer la majeure partie de la chaleur générée par la pompe optique. Cette chaleur provoquera la recombinaison du laser et rendra la sortie du laser instable.

Ensuite, Konstantatos et ses collègues ont placé un colloïde à points quantiques de sulfure de plomb sur neuf réseaux avec des pas différents, allant de 850 nanomètres à 920 nanomètres. Ils ont également utilisé trois tailles différentes de points quantiques avec des diamètres de 5,4 nm, 5,7 nm et 6,0 nm.

Lors d'un test à température ambiante, l'équipe a démontré qu'elle pouvait générer des lasers dans les bandes de communication C, L et U, de 1 553 nm à 1 649 nm, atteignant la pleine largeur, la moitié de la valeur maximale, aussi basse que 0,9. moiV. Ils ont également découvert qu’en raison du sulfure de plomb dopé au n, ils peuvent réduire l’intensité du pompage d’environ 40 %. Konstantatos estime que cette réduction ouvrira la voie à des lasers à pompe plus pratiques et de moindre puissance, et pourrait même ouvrir la voie au pompage électrique.

En ce qui concerne les applications potentielles, Konstantatos a déclaré que la solution à points quantiques pourrait apporter de nouvelles sources laser intégrées CMOS pour permettre une communication bon marché, efficace et rapide au sein ou entre les circuits intégrés. Il a ajouté que, étant donné que les lasers infrarouges sont considérés comme inoffensifs pour la vision humaine, ils pourraient également améliorer le lidar.

Cependant, avant de pouvoir utiliser les lasers, les chercheurs doivent d’abord optimiser leurs matériaux pour démontrer l’utilisation de lasers avec des sources de pompe à ondes continues ou à impulsions longues. La raison en est d’éviter l’utilisation de lasers subpicosecondes coûteux et encombrants. Konstantatos a déclaré: "Les impulsions nanosecondes ou les ondes continues nous permettront d'utiliser des lasers à diode, ce qui en fera un paramètre plus pratique."