カウストの科学者は、空洞の形状を変えてスペックルを減らし、光の品質を向上させることにより、VCSELのパフォーマンスを向上させました。
で科学者フォルダコンパクトな半導体レーザーを変更して、照明やホログラフィーにより適したものにする簡単な方法を実証しました。
半導体テクノロジーにより、レーザーのすべてのコンポーネントを、サイズがわずか数マイクロメートルのデバイスにコンパクトにパッケージ化できます。これには、両側の光と反射ミラーを増幅する光学的に活性な領域が含まれます。
そのようなデバイスの1つは、垂直方向のキャビティ表面発光レーザー、またはVCSELです。これらは、基板上に半導体の正確な配置または成長する層によって構築され、高度に反射的なスタックを作成します。その後、アクティブな材料が上に成長し、2番目の反射スタックが続きます。レーザーライトは、デバイスの上部から放出できます。
VCSELは、同じ基板で同時に作成および使用できるため、有利です。しかし、ビームはスペックルのようなプロファイルになりやすいため、照明、ホログラフィ、投影、ディスプレイなどのアプリケーションには適していません。これらには、ビーム伝播の方向に垂直な平面に均一な光が必要です。
パフォーマンスを向上させるためのカオスの導入
スペックルは、キャビティの高度に秩序化された性質から発生し、少数のモード、または光線の軌跡のみを放出できます。 「VCSELは、非常に高い効率を備えた少数のモードのみで光の共鳴を可能にする秩序化された空洞を利用します」と、研究者のオマール・アルハズラギは説明します。 「これらのモードの光子は互いに干渉し、斑点と照明の品質が低くなります。」
AlkhazragiとKaustの同僚は、中国の同僚とともに、デバイスの形状を変化させて空洞の対称性を破るだけで、Vcselsからレーザー光でスペックルを減らすことができることを示しています。これにより、生成された光にカオスの動作が導入され、より多くのモードの放出が可能になります。
Alkhazragiとチームは、D字型の空洞でVCSELを調査し、標準的な円筒形、またはO字型のジオメトリを持つものと比較しました。彼らは、D字型のデバイスが大幅に減少し、それに対応する光学電力の60％の増加を示したことを観察しました。これは最大達成可能です。
研究者は、この改善は、空洞内の光線の混oticとしたダイナミクスに起因すると考えています。相互に一貫性のないモードで光が放出されるため、スペックルの可視性が低下します。
「機械学習は、モードの数をさらに最大化し、コヒーレンスを下げ、したがってスペックル密度を人間の知覚以下に減らす空洞を設計するのに役立ちます」とAlkhazragi氏は言います。
参照：「カオスキャビティを使用した垂直環境表面発光レーザーのコヒーレンスの修正」オマールアルハズラギ、ミンドン、リアングチェン、ドンリアン、ティエンキーNG、ジャンピングチャン、ハカンバギチ、ブーンS.オイ、2023年1月26日、光学。
2：10.1364/Optics.475037
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