Физики протестировали новый тип безопасного для глаз лазера

❋ 5.5

Американские ученые сообщили об успешной фотонакачке фотонно-кристаллического поверхностно-излучающего лазера c захороненным диэлектриком на безопасной для глаз длине волны при комнатной температуре. Это новый этап в развитии лазерных технологий.

Физика

# Face ID

# LiDAR

# диэлектрики

# лазер

# оптика

# фотонный кристалл

Схема усовершенствованного PCSEL. Розовое пятно — накачка лазера, красная стрелка — направление пучка лазера. Во врезке розовым — захороненный в объеме структуры диэлектрик / © IEEE Photonics Journal, 2025. DOI: 10.1109/JPHOT.2025.3561087

Лазер — устройство, способное преобразовывать энергию в узкий, мощный пучок излучения со строго определенной длиной волны. Полупроводниковые лазеры создают наслоением друг на друга разных материалов. В большинстве случаев луч лазера выходит в плоскости, параллельной этим слоям.

Однако существуют и вертикально излучающие лазеры (vertical-cavity surface-emitting laser, VCSEL). Их проще и дешевле производить крупными партиями, тестировать на дефекты и работают они дольше. На основе таких лазеров работает технология Face ID.

Вертикально излучающие лазеры не идеальны: их луч обычно имеет не круглое, а эллиптическое сечение и значительную расходимость, поэтому работать с такими лазерами удобно только на небольшом расстоянии. Более того, они ограничены по мощности и при долгой работе перегреваются, что ухудшает характеристики пучка излучения. При сканировании лица они не могут работать на высокой мощности, потому что длина волны излучения может навредить глазу человека.

Ученые нашли способ решить эти проблемы. Фотонно-кристаллические поверхностно-излучающие лазеры (photonic-crystal surface-emitting Laser, PCSEL) дополнены особой структурой над лазером. Добавлением фотонного кристалла ученые добились высокой яркости, низкой расходимости и почти идеально круглого сечения луча лазера. Длина волны излучения этого лазера поглощается влагой глаза и не повреждает роговицу. В перспективе они поддерживают в 100 раз более высокие мощности, чем VCSEL-технология.

Обычно во время производства PCSEL внутри устройства остаются воздушные полости. В них могут мигрировать атомы из полупроводниковой структуры и нарушать работу фотонного кристалла. Исследователи из Инженерного колледжа Грейнджера при Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне (США) решили эту проблему. Они заменили воздушные полости диэлектриком, диоксидом кремния, предотвратив потенциальную деформацию всей структуры. Их лазер работает при комнатной температуре и излучает на длине волны полтора микрометра. О работе ученые рассказали в статье в журнале IEEE Photonics Journal.

Вид сверху на область с диэлектриком на краю фотонного кристалла после травления, сканирующая электронная микроскопия / *IEEE Photonics Journal,* 2025. DOI: 10.1109/JPHOT.2025.3561087

Усовершенствованные лазеры улучшат лидар-технологии, работу беспилотных автомобилей, лазерные резку и сварку. Технология пока не вышла из лабораторий, но эксперты предполагают, что в ближайшие 20 лет смогут обеспечить промышленные масштабы производства лазеров этого типа.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Евгения Вавилова — научпоп автор, специализирующийся на популярной физике. Выпускница физического факультета, более 10 лет пишет о новейших открытиях в квантовой механике, астрофизике и теоретической физике. Евгения умеет объяснять сложные концепции простым языком и регулярно публикует материалы, основанные на первоисточниках — научных статьях и интервью с исследователями.