Лазери на квантових точках — це лазери, у яких активне середовище складається з квантових точок (QD) — нанокристалів напівпровідника, які забезпечують квантове обмеження носіїв заряду в усіх трьох просторових напрямках.
- Квантові точки розміщені в матриці напівпровідника (зазвичай GaAs або InP).
- Через дискретні енергетичні рівні лазери QD мають унікальні оптичні властивості.
Переваги лазерів на квантових точках
- Низький поріг генерації: Завдяки квантовому обмеженню інверсія населення досягається при нижчій кількості збуджених носіїв.
- Вузький спектр випромінювання: Висока монохроматичність завдяки дискретним енергетичним рівням.
- Стабільність до температурних змін: Лазери QD менш чутливі до коливань температури, що важливо для практичних застосувань.
- Висока квантова ефективність: Кращий коефіцієнт корисної дії.
- Можливість роботи у широкому спектральному діапазоні: Регулюється розміром і складом квантових точок.
Будова та принцип роботи
- Активне середовище: Квантові точки, розташовані у багатошаровій структурі (наприклад, InAs QD на GaAs).
- Підсилення: Електрони та дірки інжектуються у квантові точки, де відбувається рекомбінація і випромінювання когерентного світла.
- Резонатор: Зазвичай Fabry-Pérot або гратковий резонатор.
Основні матеріали
- InAs/GaAs — найпоширеніша система для QD лазерів.
- InGaAs/GaAs, InP/InGaAsP — для різних довжин хвиль.
- Розробляються QD на перовськітних матеріалах та інших напівпровідниках.
Застосування
- Оптичні комунікації: стабільні лазери для волоконно-оптичних мереж.
- Інфрачервоні прилади: датчики, спектроскопія.
- Медицина: лазерна хірургія та діагностика.
- Квантова оптика: джерела одиночних фотонів.
Виклики і перспективи
- Ускладнене виготовлення із строго контролюваною розмірністю і розподілом квантових точок.
- Активний розвиток технологій епітаксії і осадження.
- Потенціал інтеграції з фотонними схемами і квантовими пристроями.