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超快科学

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等离子体将激光放在直线上窄

31 Jul 2008 哈米什约翰斯顿
南方宇和edederico毛峰

美国和日本的研究人员设计了一种简单的方式,从半导体激光器产生几乎平行的光束—无需笨重和昂贵的镜头。相反,图案化的金属膜用于吸收来自激光的发散光并将其重生为一个方向。该团队说该技术–依赖于称为集体电子兴奋“plasmons” —可以使半导体激光器更便宜,更小,更高效。

在P-N结合在P-N结合的电子结合时发光的半导体激光器已经存在近40年,并且可以在从互联网为五美元激光指示器为五美元激光指示器的复杂光通信系统中找到。尽管半导体激光器非常小(一些是千分尺寸的)并且可以集成在电子器件内,激光的发光区域大致与激光的波长大致相同的尺寸。这意味着从激光发出的光衍射,通常经常多达几十度。

由于大多数激光应用需要具有更小的发散的准直光束,通常通过在激光输出处将高质量透镜放置具有大的收集角(或数值孔径)来准直的光。不幸的是,使半导体更昂贵且相对庞大。然而,现在,南方宇, Federico Capasso 哈佛大学的同事在美国,以及光学设备制造商的研究人员 滨松光子学 ,通过将薄的图案化金属膜放置在半导体激光器的输出方面上,具有准直的激光(自然光子学 DOI:10.1038 / nphoton.2008.152)。

平行凹槽

薄膜有一个孔是一个约2的狭缝µM宽,它与一系列平行槽相邻,它们为0.8µm wide, 1.5µ米深层分开8.9µm。在半导体激光器的表面上制造准直器,其在波长为9.9的红外光µm.

穿过孔径的一些激光被吸收,产生表面等离子体—涉及大量电子在金属膜的表面上的集体激发。当等离子体在膜上传播时,它们被凹槽散射,这导致等离子体以与激光器相同的波长转换回光。

选择孔径和凹槽的尺寸,使得凹陷的光经历建设性干扰,以形成向外传播并垂直于激光刻面的光束。

等离子体准直激光的分歧约为2.4o,而在装有准直器之前相同激光的分歧约为63o.

新尺寸

虽然这一准直器仅在一个维度工作,但是俞说,该团队现在正在研究一个2D设计,涉及由凹槽同心环包围的圆形孔。“我们的小组中的初步结果表明,该方案非常好:在量子级联激光器中已经实现了水平和垂直平面中几度的差异。” said Yu.

到目前为止,该团队已经使用两种不同的方法使他们的准直镜头。一种技术涉及存放1.7µM层金层在激光刻面的平坦表面上,然后使用离子束将凹槽切成金属。第二种技术使用离子束将凹槽切割成激光器的刻面,然后涂有400nm厚的金属层。两种技术导致准直的类似改善。

然而,铣削是一种昂贵且耗时的技术,不适合批量生产。该团队现在正在寻求开发新的方式,使准直器更加符合商业半导体制造技术。

该团队认为他们的准直器设计—这是专利申请的主题—有一天可以用于制造紧凑,低成本的半导体激光器,用于光学传感器,用于使用激光光束来检测环境中的化学品。该技术还可以导致降低成本的光电子设备。“激光束的非常窄的扩散可以大大降低光学系统的复杂性和成本,”哈姆松的亨凡斯光子学团队成员Hirofumi Kan。

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