Японські вчені створили лазер із вертикальним випромінюванням, який змінить майбутнє оптичного зв’язку

Перший у світі поверхневий лазер з квантовими точками для оптичного волоконного зв’язку відкриває нові горизонти у сфері телекомунікацій.

Національний інститут інформаційних і комунікаційних технологій Японії (NICT) у співпраці з компанією Sony створив революційний VCSEL – лазер із вертикальною резонаторною порожниною, що випромінює світло перпендикулярно до поверхні та використовує квантові точки (“нанорозмірні напівпровідникові кристали”) як світловипромінювальний матеріал. Цей пристрій працює на довжині хвилі 1550 нм, яка є стандартною для оптичних волоконних комунікацій, але раніше була технічно складною для реалізації в таких лазерах.

NICT забезпечив прорив завдяки новій методиці молекулярної епітаксії, що дозволяє точно вирощувати кристалічні структури з високим коефіцієнтом відбиття понад 99% навіть при 1550 нм. Додатково вчені впровадили методи компенсації деформації, які дозволили усунути внутрішні напруги в матеріалі та підвищити щільність квантових точок. Це значно покращило ефективність світловипромінювання.

Sony розробила конструкцію тунельного переходу для ефективного введення струму, що усунуло традиційне блокування світла електродами. “Точна обробка дозволила забезпечити стабільне випромінювання та зменшення втрат”, — зазначають інженери Sony. Створений VCSEL характеризується низьким порогом струму — лише 13 мА — та стабільною вихідною потужністю без коливань поляризації.

Інноваційна технологія демонструє високу температурну стабільність, що є ключовою для довготривалої експлуатації в умовах змінного середовища. Масштабованість структури VCSEL із квантовими точками відкриває перспективи масового виробництва, зниження вартості та підвищення продуктивності систем оптичного зв’язку. “Ми прагнемо зробити цю технологію основою нової ери телекомунікацій після 5G”, — наголошують вчені NICT.

Дослідники планують надалі вдосконалювати VCSEL на базі квантових точок, щоб мінімізувати енергоспоживання і водночас підвищити потужність, сприяючи впровадженню нової технології у практичні сфери зв’язку.