Laser a semiconduttore convenzionali, come laser a cavità Fabry-Pérot (FP), laser a feedback distribuito (DFB) e laser a emissione di superficie della cavità verticale (VCSELS), non possono raggiungere contemporaneamente il funzionamento in modalità singola, l'uscita ad alta potenza e una piccola angolo di divergenza {3 e) Utilizzare la diffrazione di Bragg nei cristalli fotonici bidimensionali per ottenere un'output laser a singola modalità ad alta potenza con un piccolo angolo di divergenza (Figura 1), rendendoli uno degli argomenti di ricerca a caldo sia a livello nazionale che internazionale .}
I materiali a semiconduttore a base di nitruro di gallio (GAN) hanno un gap di banda diretto, con lunghezze d'onda di emissione che attraversano lo spettro ultravioletto visibile a profondo, offrendo vantaggi come elevata efficienza luminosa e eccellenti stabilità chimica, materiali che sono adatti ai materiali di materiale, adatti per la fabbricazione di PCSEL . a base di PCSels a base di Gan. illuminazione, comunicazione subacquea, comunicazione interstellare, orologi atomici di chip, esplorazione dello spazio profondo, radar atomico e medicina laser, attirando un'attenzione diffusa .
Figura 1. diagrammi strutturali, tipici angoli di divergenza in campo lontano e caratteristiche spettrali di output dei laser a emissione di bordo FP, laser a emissione di bordi DFB, VCSEL e PCSELS .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}
Il team del professor Noda presso la Kyoto University in Giappone ha proposto per la prima volta il concetto di PCSel nel 1999 e ha riferito il primo laasing elettro-iniezione a temperatura ambiente di PCSel viola con sede a Gan in Science 319, 445 (2008) . successivamente, in collaborazione con la collaborazione giappone PCSels alle bande di luce blu e verde . Attualmente, solo il Giappone ha raggiunto l'emissione elettrica indotta da iniezione di PCSel a base di GAN a livello globale .
In collaborazione con il laboratorio chiave dei materiali e dei chip di visualizzazione dei semiconduttori e il Suzhou Laboratory, entrambi istituiti dal Suzhou Institute of Nanotechnology e Nanoscience dell'Accademia cinese delle scienze, un laser fotonico a base di cristallo (4} è stato realizzato a base di emittente fotonico di emittente di cristallo}
Il team di ricerca ha prima simulato e progettato la struttura del dispositivo PCSEL a base di GAN, quindi è cresciuto epitassialmente materiali laser a base GAN e ha sviluppato processi di incrociazione fotonica di cristalli e passive a basso danno Direzione γ-X usando la spettroscopia risolta angolare (Figura 3), è stato osservato che: a basse correnti di iniezione, la struttura della banda è chiara, con la modalità C con la massima intensità; All'aumentare della corrente, l'intensità della modalità non radiativa B migliora in modo significativo fino a quando non si verifica il lasing . misurando la struttura della banda, è stato determinato che il dispositivo in modalità fondamentale B, con una mezza larghezza di modalità di circa 0 . 05 nm vicino alla corrente di soglia.
Figura 2. (a) Diagramma schematico della struttura PCSEL a base di GaN, (b) struttura a bande del cristallo fotonico ottenuta da test di pompaggio ottico, e (c) immagini al microscopio elettronico a scansione della superficie e (d) cross-section del cristallo fotonico ..
Figura 3. (A-E) Struttura a banda del PCSEL basato su GAN nella direzione γ-x misurata a diverse correnti di iniezione, (f) Curva che mostra la variazione della lunghezza d'onda di picco e la mezza larghezza spettrale del PCSEL a base di GAN con corrente di iniezione .}}}}
Sulla base del lavoro di cui sopra, il team di ricerca ha raggiunto laser a iniezione elettrica a temperatura ambiente di un laser a emissione di superficie fotonica a base di Gan (Figura 4), con una lunghezza d'onda di lasing di circa 415 nm, una corrente di soglia di 21 .} 96 A, una densità di soglia corrispondente di approssimativamente 13. 7 ka/cm² di circa 170 MW. Nella fase successiva, il team prevede di utilizzare substrati a cristallo singolo GAN di alta qualità per progettare una nuova struttura PCSEL a base di GAN e superare le sfide nella fabbricazione di dispositivi PCSEL e la tecnologia di imballaggio/gestione termica per ottenere un'output laser a modalità singola (10-100 W).
Figura 4. PCSEL basato su GAN: (a) Spettri di elettroluminescenza a diverse correnti di iniezione, (b) Output Curve di potenza ottica-corrente-tensione, (c) punto lontano e (d) prima e (e) dopo immagini vicine a campi di lancio a base di Gan .}
