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laserusados para iluminar as redes de comunicação óptica do mundo são geralmente feitos de fibras dopadas com érbio ou semicondutores III-V, porque estes
laserpode emitir comprimentos de onda infravermelhos que podem ser transmitidos através de fibras ópticas. No entanto, ao mesmo tempo, este material não é fácil de integrar com a eletrônica de silício tradicional.
Num novo estudo, cientistas espanhóis afirmaram que no futuro deverão produzir lasers infravermelhos que possam ser revestidos ao longo de fibras ópticas ou depositados diretamente no silício como parte do processo de fabricação do CMOS. Eles demonstraram que pontos quânticos coloidais integrados em uma cavidade óptica especialmente projetada podem gerar
laserluz através de uma janela de comunicação óptica à temperatura ambiente.
Os pontos quânticos são semicondutores em escala nanométrica contendo elétrons. Os níveis de energia dos elétrons são semelhantes aos dos átomos reais. Eles geralmente são fabricados aquecendo colóides contendo precursores químicos de cristais de pontos quânticos e possuem propriedades fotoelétricas que podem ser ajustadas alterando seu tamanho e forma. Até agora, eles têm sido amplamente utilizados em vários dispositivos, incluindo células fotovoltaicas, diodos emissores de luz e detectores de fótons.
Em 2006, uma equipe da Universidade de Toronto, no Canadá, demonstrou o uso de pontos quânticos coloidais de sulfeto de chumbo para lasers infravermelhos, mas isso deve ser feito em baixas temperaturas para evitar a excitação térmica da recombinação Auger de elétrons e buracos. No ano passado, investigadores em Nanjing, na China, relataram lasers infravermelhos produzidos por pontos feitos de seleneto de prata, mas os seus ressonadores eram pouco práticos e difíceis de ajustar.
Na pesquisa mais recente, Gerasimos Konstantos, do Instituto de Tecnologia de Barcelona, na Espanha, e seus colegas confiaram na chamada cavidade de feedback distribuída para obter lasers infravermelhos à temperatura ambiente. Este método usa uma grade para limitar uma faixa de comprimento de onda muito estreita, resultando em um único modo de laser.
Para fazer a grade, os pesquisadores usaram litografia por feixe de elétrons para gravar padrões no substrato de safira. Eles escolheram a safira por causa de sua alta condutividade térmica, que pode retirar a maior parte do calor gerado pela bomba óptica - esse calor fará com que o laser se recombine e torne a saída do laser instável.
Então, Konstantos e seus colegas colocaram um colóide de pontos quânticos de sulfeto de chumbo em nove grades com passos diferentes, variando de 850 nanômetros a 920 nanômetros. Eles também usaram três tamanhos diferentes de pontos quânticos com diâmetros de 5,4 nm, 5,7 nm e 6,0 nm.
Em um teste de temperatura ambiente, a equipe demonstrou que pode gerar lasers nas bandas de comunicação banda c, banda l e banda u, de 1553 nm a 1649 nm, atingindo largura total, metade do valor máximo, tão baixo quanto 0,9 euV. Eles também descobriram que, devido ao sulfeto de chumbo dopado com n, podem reduzir a intensidade do bombeamento em cerca de 40%. Konstantos acredita que esta redução abrirá caminho para lasers de bomba mais práticos e de menor potência, e pode até abrir caminho para bombeamento elétrico.
Quanto às aplicações potenciais, Konstantos disse que a solução de pontos quânticos pode trazer novas fontes de laser integradas CMOS para alcançar comunicação barata, eficiente e rápida dentro ou entre circuitos integrados. Ele acrescentou que, considerando que os lasers infravermelhos são considerados inofensivos para a visão humana, isso também pode melhorar o lidar.
No entanto, antes que os lasers possam ser colocados em uso, os pesquisadores devem primeiro otimizar seus materiais para demonstrar o uso de lasers com ondas contínuas ou fontes de bomba de pulso longo. A razão para isso é evitar o uso de lasers de subpicossegundos caros e volumosos. Konstantos disse: “Pulsos de nanossegundos ou ondas contínuas nos permitirão usar lasers de diodo, tornando-o um ambiente mais prático”.
