Lasery z krzemu stały się rzeczywistością

Lasery z krzemu stały się rzeczywistością

Naukowcy od dawna próbowali zbudować laser z krzemu, który mógłby być łatwo zaimplementowany w urządzeniach optoelektronicznych na bazie mikroprocesorów krzemowych, zamiast stosowania kosztowych i skomplikowanych systemów półprzewodnikowych, takich jak lasery na bazie arsenku galu czy fosforku indu.

Lasery krzemowe mogłyby posłużyć do budowy systemów opartych na bazie fotonów, dzięki którym byłyby zdolne do wydajnych - wielogigabitowych transmisji danych.

Niedawno dwa ośrodki badawcze – z Uniwersytetu Kalifornijskiego oraz z firmy Intel ogłosiły stworzenie odmiany krzemu, która jest zdolna do emisji ciągłej wiązki laserowej.

Możliwość wystąpienia takiego zjawiska przewidziano już wcześniej, pomimo złych własności krzemu, potrzebnych do zaistnienia zjawiska laserowego. W typowym materiale laserowym elektrony są „pompowane” pod wpływem impulsu energii z zewnątrz, a następnie konwertowane na wiązkę fotonów. W krzemie elektrony są o wiele bardziej podatne na drgania, czego wynikiem jest nagrzewanie się materiału. Było wiele prób zastosowania krzemu jako laser, ale wszystkie zakończyły się porażką – powiedział Bahram Jalali – fizyk, który przewodniczył grupie naukowców z Intela i Uniwersytetu w Kalifornii.

Jalali i jego grupa rozwiązali ten problem, wykorzystując w inteligentny sposób część drgań elektronów w krzemie, które uniemożliwiały zaistnienie zjawiska laserowego. Wykorzystali do tego tzw. efekt Ramana – zjawisko, w którym długość fal świetlnych wydłuża się po wcześniejszej dyspersji drgań atomów. Naukowcy połączyli to rozproszone światło z impulsem energii z innego lasera i w ten sposób stworzyli sprzężenie zwrotne, co wywołało powstanie wzmocnienia sieciowego światła.

Problemem, jaki napotkali badacze, było zjawisko sporadycznych kolizji fotonów, jakie zachodziły w wynalezionym laserze krzemowym z atomami krzemu, w wyniku czego uwalniane były wolne elektrony. Elektrony te mają niekorzystny wpływ na zjawisko laserowe, ponieważ pochłaniają rozproszone światło. Rozwiązano jednak ten problem, umieszczając obok urządzenia dwie wypozycjonowane elektrody, które działają jak swego rodzaju odkurzacz zbierający wolne elektrony.

Wynalazek Amerykanów powinien mieć wiele zastosowań praktycznych. Przede wszystkim pozwoli na zniesienie ograniczeń cenowych i gabarytowych laserów, dzięki czemu będą mogły być z powodzeniem stosowane np. w procedurach chirurgicznych. Inne potencjalne zastosowanie to m.in. miniaturowe czujniki skażeń chemicznych, detektory ciepła czy wysokowydajne, optyczne urządzenia komunikacyjne. Ostatecznym celem w zastosowaniu krzemowych laserów jest zbudowanie w pełni optycznego, superszybkiego komputera.