Физики протестировали новый тип лазера, безопасного для глаз

Лазер — это устройство, преобразующее энергию в узконаправленный пучок света с чётко определённой длиной волны. Наиболее распространённые полупроводниковые лазеры изготавливаются послойным нанесением различных материалов. При этом излучение чаще всего выходит параллельно плоскости слоёв. Однако существуют и вертикально излучающие лазеры (VCSEL), где луч выходит перпендикулярно слоям. Такие лазеры проще в массовом производстве, легче в тестировании на дефекты, и они демонстрируют более долгий срок службы. Именно VCSEL используются, например, в технологии Face ID.

Тем не менее, VCSEL имеют ряд ограничений: их лазерный луч часто имеет эллиптическую форму, сильную расходимость и ограниченную мощность. Кроме того, при длительной работе они перегреваются, а излучение с опасной длиной волны может повредить сетчатку глаза. Поэтому при использовании в системах распознавания лиц, мощность приходится ограничивать.

Новое поколение — фотонно-кристаллические лазеры (PCSEL) — решает эти проблемы. Они оснащены специальной фотонной решёткой, размещённой над активной областью лазера. Благодаря этому удалось добиться высокой яркости, минимальной расходимости и почти идеально круглого профиля лазерного луча. Особо важно, что длина волны такого лазера (около 1,5 микрометра) поглощается влагой в глазу, не доходя до роговицы, и потому считается безопасной.

Кроме того, PCSEL потенциально способны работать при мощности в 100 раз выше, чем у стандартных VCSEL.

Однако производство таких лазеров сопряжено с технологическими трудностями. Обычно в процессе изготовления внутри остаются микроскопические воздушные полости, через которые атомы полупроводника могут мигрировать и нарушать работу фотонного кристалла. Учёные из Инженерного колледжа Грейнджера Иллинойского университета в Урбана-Шампейне предложили решение: они заменили воздушные полости на диэлектрический материал — диоксид кремния. Это позволило стабилизировать структуру и исключить возможные искажения.

Их прототип успешно работает при комнатной температуре, излучая на безопасной длине волны. Описание эксперимента опубликовано в журнале IEEE Photonics Journal. По мнению специалистов, усовершенствованные PCSEL-лазеры найдут применение в лидар-системах беспилотных автомобилей, в лазерной сварке и резке, а также в телекоммуникациях. Пока технология остаётся в лабораторной стадии, но эксперты считают, что в течение ближайших 10–20 лет она может достичь промышленного уровня.