Los científicos de KAUST han demostrado un método simple de modificación de láseres semiconductores compactos para hacerlos más adecuados para la iluminación y la holografía.
La tecnología de semiconductores permite que todos los componentes de un láser se empaqueten de forma compacta en un dispositivo que tiene solo unos pocos micrómetros de tamaño. Esto incluye una región ópticamente activa que amplifica la luz y espejos altamente reflectantes en ambos lados.
Uno de estos dispositivos es el láser emisor de superficie de cavidad vertical, o VCSEL. Estos se construyen colocando o haciendo crecer con precisión capas alternas de semiconductores sobre un sustrato para crear una pila altamente reflectante. Luego, el material activo se cultiva en la parte superior, seguido de una segunda pila reflectante. Entonces se puede emitir luz láser desde la parte superior del dispositivo.
Los VCSEL son ventajosos porque se pueden crear y usar cientos en el mismo sustrato al mismo tiempo. Pero el haz es propenso a un perfil moteado, lo que lo hace inadecuado para aplicaciones como iluminación, holografía, proyección y pantallas. Estos requieren luz uniforme en el plano perpendicular a la dirección de propagación del haz.
Las motas se originan en la naturaleza altamente ordenada de la cavidad, que permite que solo se emita un pequeño número de modos o trayectorias de rayos de luz. “Los VCSEL utilizan una cavidad ordenada que permite la resonancia de la luz en solo una pequeña cantidad de modos con una eficiencia excepcionalmente alta”, explica el investigador Omar Alkhazragi. “Los fotones en estos modos interfieren entre sí, lo que da como resultado manchas y baja calidad de iluminación”.
Los colegas de Alkhazragi y KAUST, junto con colegas de China, han demostrado que las motas se pueden reducir en la luz láser de los VCSEL simplemente cambiando la forma del dispositivo para romper la simetría de la cavidad. Esto introduce un comportamiento caótico en la luz generada y permite la emisión de más modos.
Alkhazragi y el equipo investigaron los VCSEL con una cavidad en forma de D y los compararon con los que tienen la geometría cilíndrica estándar o en forma de O. Observaron que los dispositivos en forma de D exhibieron una coherencia sustancialmente reducida y un aumento correspondiente del 60 por ciento en la potencia óptica, que es el máximo alcanzable.
Los investigadores atribuyen esta mejora a la dinámica caótica de los rayos de luz dentro de la cavidad. Dado que la luz se emite en modos mutuamente incoherentes, se reduce la visibilidad de las motas.
“El aprendizaje automático podría ayudar a diseñar cavidades que maximicen aún más la cantidad de modos, reduzcan la coherencia y, por lo tanto, reduzcan la densidad de las manchas por debajo de la percepción humana”, dice Alkhazragi.