Zespół naukowców pod kierunkiem prof. Tomasza Czyszanowskiego z Instytutu Fizyki PŁ opisał odkrycie nowego zjawiska polegającego na zwiększeniu mocy optycznej emitowanej przez lasery VCSEL w wyniku złamania ich symetrii cylindrycznej. W ostatnim wydaniu Nature Photonics dostrzeżono nowatorstwo i znaczenie aplikacyjne tego odkrycia poświęcając mu artykuł z serii News & Views: "Asymmetry brings power boost".
Jak wyjaśnia prof. Tomasz Czyszanowski, kierownik Zespołu Fotoniki w Instytucie Fizyki na naszym Wydziale:
- Odkryte zjawisko jest wynikiem zniesienia degeneracji stanów optycznych w układach niesymetrycznych, co umożliwia efektywniejszą emisję wymuszoną. Można je sobie wyobrażać poprzez odległe i nieścisłe, acz obrazowe porównanie do sita, przez które przelatuje piasek. Piasek w sicie to elektrony zgromadzone w pobliżu obszaru laserującego. Piasek przelatujący przez otwory sita to elektrony wpadające do obszaru laserującego, które zamieniają swoją energię w fotony, a te przyłączają się do innych fotonów tworzących wiązkę laserową. Jeśli w sicie znajdzie się większa gęstość otworów, wówczas piasek szybciej będzie przelatywał przez sito. Zaburzenie cylindrycznej symetrii lasera powoduje analogiczny efekt do zwiększenia gęstości otworów
w sicie. Elektrony nagromadzone w pobliżu obszaru laserującego zyskują większe prawdopodobieństwo, aby trafić do obszaru laserującego i zamienić swoją energię w foton w procesie emisji wymuszonej, co powoduje zwiększenie ilości fotonów w wiązce laserowej .
Zainteresowanie półprzewodnikowymi laserami typu VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) eksplodowało w ostatnich latach w związku z wykorzystaniem ich do celów trójwymiarowego obrazowania przestrzeni w urządzeniach i pojazdach poruszających się autonomicznie lub monitorujących otaczającą nas przestrzeń. Ilość urządzeń wykorzystujących obecnie lasery typu VCSEL jest bardzo szeroka, począwszy od telefonów komórkowych, poprzez roboty, odkurzacze samobieżne, po samochody i drony. Lasery VCSEL przebyły pasjonującą drogę rozwoju będąc ciekawostką naukową w latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych, odnajdując pierwsze bardzo specyficzne zastosowania na początku naszego wieku, aż wreszcie stając się narzędziem dzięki któremu w znacznej mierze następuje przełom w rozpowszechnieniu urządzeń autonomicznych. Atrakcyjność laserów VCSEL wynika z ich cylindrycznej geometrii, która odróżnia je od powszechniej znanych półprzewodnikowych diod laserowych, zwanych także laserami o emisji krawędziowej. Wykorzystanie symetrii cylindrycznej w laserach VCSEL pozwala uzyskać wiązkę laserową o kołowym przekroju i niewielkiej rozbieżności, niemożliwą do uzyskania przez diody laserowe. Symetria cylindryczna wynika również ze specyfiki procesów technologicznych wykorzystywanych w produkcji laserów VCSEL, a także z ludzkiego dążenia do tworzenia struktur uporządkowanych, a zatem symetrycznych.
Image
