Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Toronto ofrece la primera vez vislumbrar el interior de un láser mientras se está operando, un avance que podría conducir a los láseres más potentes y eficientes para los sistemas de comunicación de fibra óptica.
"Hemos visto el funcionamiento interno de un láser en la acción", dice el investigador Ted Sargent, profesor en el Edward S. Rogers Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación Hna. "Hemos producido un mapa topográfico del paisaje que los electrones ver a medida que fluyen en estos láseres para producir luz." Él dice que los hallazgos podrían influir en el diseño de láser, cambiar el diagnóstico de los láseres defectuosos y potencialmente reducir los costos de fabricación. El estudio, que aparecerá en la edición del 09 de junio de la revista Applied Physics Letters, ofrece una visión experimental directa en el funcionamiento de los láseres, dice Sargent, quien posee la Redes-Canadá Cátedra de Investigación de Nortel en tecnologías emergentes.
Los láseres son creados por el crecimiento de una serie compleja y cuidadosamente diseñado de capas de tamaño nanométrico de cristales en un disco de material semiconductor conocido como una oblea, Sargent explica. Las crestas están grabados en la superficie del cristal para guiar la luz del láser, se añaden capas delgadas de metal en la parte superior e inferior y la oblea se corta en pequeños cubos o fichas. Durante el funcionamiento del láser, una corriente eléctrica fluye en el chip, proporcionando la energía para generar luz intensa a una longitud de onda específica utilizada en las comunicaciones de fibra óptica.
En su estudio, los investigadores se centraron en la parte de "corazón latiendo" del láser (llamada la zona activa), donde la energía electrónica se convierte en luz. Usando una técnica llamada microscopía de barrido de tensión, examinaron la superficie de un láser operativo, recogiendo las diferencias en la tensión. Estas diferencias se traducen en una imagen topográfica de la superficie de la energía del láser, lo que permite a los investigadores visualizar las fuerzas que experimenta un electrón a lo largo de su trayectoria en la región activa, dice Sargent.
El equipo utiliza su información recién adquirida acerca de las operaciones dentro del láser para determinar la fracción de la corriente eléctrica que contribuyó a la producción de luz. El saldo de los electrones se desvía de forma indeseable la región activa: este tipo de desechos de fuga de corriente de electrones y calienta el dispositivo hacia arriba, repercuta en el rendimiento.
"Usamos imágenes directas para resolver un tema polémico en el campo: la eficacia de la canalización electrónica en la región activa de un láser de canto-guía de onda", dice Dayan Ban, la U de T candidato a doctor que hizo las mediciones. "Anteriormente, los modelos no corroboradas tenían especulación alimentada por dar resultados divergentes. Ahora sabemos donde los electrones van ". Ban es ahora un investigador en el Instituto de Ciencias microestructurales del Consejo Nacional de Investigación de Canadá.
"La imagen directa de las funciones que llevan a la acción de un láser viviente podría transformar la manera en que pensamos acerca de láser 'el diagnóstico y la terapia,'" dice Sargent, en referencia a la medición y optimización de las estructuras de láser y su determinación de funcionamiento interno de los dispositivos. Actualmente, los diseñadores utilizan una variedad de simulaciones por ordenador para modelar cómo funcionan los láseres, pero la Universidad de Toronto investigación pueden determinar que las simulaciones son las herramientas de diseño más precisos. "Con modelos precisos", dice Sargent, "los diseños que podemos crear es más probable que resulte en los dispositivos que cumplan los requisitos de diseño."
Co-investigador St. John Dixon-Warren, un químico físico de Bookham Technology, un fabricante de componentes ópticos en el Reino Unido se encuentra en Kanata, Ontario., Dice que su investigación también podría ayudar en el diagnóstico de los láseres defectuosos. "Si falla un láser especial", dice Dixon-Warren, "el tipo de medidas que estamos tomando podría proporcionar una idea de por qué ha fallado y el diseño podría entonces ser modificado."
Sargent dice que los hallazgos podrían tener implicaciones mayores para la creación de circuitos ópticos para la comunicación de fibra óptica. "Si pudiéramos desarrollar plenamente estos modelos y totalmente entender cómo funcionan los láseres, entonces podríamos empezar a construir circuitos ópticos con la confianza y la alta probabilidad de éxito", dice. "Los chips ópticos similares a circuitos electrónicos integrados en los ordenadores deben basarse en una comprensión amplia y profunda de los procesos que se desarrollan dentro de las generaciones actuales y futuras de los láseres."
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