Произвольно расположенные предметы обычно имеют плохие оптические свойства. Шероховатая — или случайная — поверхность окна из матового стекла, например, закрывает обзор объекта.
Поэтому оптическая промышленность прилагает значительные усилия для уменьшения любых неровностей поверхности в оптических устройствах, чтобы избежать неконтролируемого рассеяния света, характерного для случайных структур.Но теперь исследовательская группа под руководством Ин Чжана из Сингапурского института производственных технологий A * STAR (SIMTech) хорошо использовала случайность, изучая, как случайные структуры могут улучшить характеристики лазеров.
Вместе с командой под руководством Цицзе Ванга из Наньянского технического университета в Сингапуре группа продемонстрировала первый в мире случайный лазер среднего инфракрасного диапазона с электрической накачкой, работающий на длине волны 10 микрометров. Яркость лазера такая же, как у обычных диодных лазеров, но на изображениях меньше пятен.Световые волны от обычного лазера колеблются в идеальной синхронности как во времени, так и в пространстве. Идеальное выравнивание световых волн в разное время и в разных местах по профилю луча известно как временная и пространственная когерентность соответственно.
Когда лазер освещает поверхность, обычно виден пятнистый узор, который указывает на пространственную когерентность. Спеклы возникают в результате отражения лазерного луча от разных частей поверхности. Поскольку волны синхронизированы, они создают эффекты пространственной интерференции в глазах наблюдателя. Это искажение нежелательно, особенно в приложениях биомедицинской визуализации, проводимых в инфракрасной области спектра.
По словам Чжана, случайные лазеры — это решение проблемы такого рода искажений. «Случайные лазеры показывают такую же высокую временную когерентность, что и другие лазеры, но имеют более низкую пространственную когерентность», — объясняет он. «Высокая временная когерентность дает желаемую яркость, но именно низкая пространственная когерентность устраняет пятнышки, вызванные помехами».Чтобы реализовать случайный лазер в средней инфракрасной области спектра, Чжан и его сотрудники использовали полупроводниковый квантовый каскадный лазер, в котором они просверлили случайный рисунок наноотверстий.
При достаточно высокой плотности эти отверстия предотвращают формирование регулярного лазерного рисунка внутри полупроводника (см. Изображение). Вместо этого формируется картина случайного лазера с низкой пространственной когерентностью.Использование квантового каскадного лазера для реализации случайных лазеров позволяет поляризовать лазерный свет перпендикулярно поверхности лазера.
Такое распространение сводит к минимуму потери из-за конструкции с воздушными отверстиями.Компетенция исследовательской группы в производстве пластин позволила им просверлить отверстия достаточно глубоко в лазерном чипе с достаточно гладкими боковыми стенками, чтобы минимизировать потери в самом лазере. Внедряя эти усовершенствования и преодолевая ряд других практических препятствий, Чжан и его коллеги преуспели в создании лазеров, достаточно эффективных, чтобы обеспечить генерацию во время электрического режима.
Тем не менее, отмечает Хоу Кун Лян из SIMTech, который изобрел случайный лазер среднего инфракрасного диапазона, для вывода на рынок случайных лазеров требуется дополнительная работа. «Мы работаем над случайным лазером, который работает при комнатной температуре. В долгосрочной перспективе мы планируем расширить случайные лазеры от инфракрасного до еще более длинных волн, и их можно будет использовать для проверки различных полимерных упаковок для контроля качества печатной электроники. , биомедицинская визуализация и другие приложения ".
Сингапурский институт производственных технологий A * STAR (SIMTech) разрабатывает дорогостоящие производственные технологии и человеческий капитал, чтобы способствовать повышению конкурентоспособности промышленности Сингапура. Он сотрудничает с университетами, а также с многонациональными и местными компаниями в области точного машиностроения, электроники, полупроводников, медицинских технологий, аэрокосмической, автомобильной, морской, логистической и других отраслей.