Microlaser a disco per i sensori del futuro

I laser a semiconduttore sono tra le tecnologie che hanno avuto più impatto nella vita quotidiana degli ultimi anni; basti pensare ai lettori di CD e DVD e alle telecomunicazioni in fibra ottica. La ricerca in questo campo prosegue serrata e una delle sfide più rilevanti è la miniaturizzazione sempre più spinta, sia per ridurre i consumi, sia per consentire l'impiego di un numero sempre maggiore di laser in parallelo. In questa direzione si inserisce l'invenzione riferita nel presente lavoro dai ri- cercatori del centro NEST dell'Istituto Nanoscienze. Tramite tecniche di litografia elettronica, è stato realizzato un microlaser a disco in cui la radiazione, per riflessione interna totale, è costretta a viaggiare lungo il perimetro circolare del dispositivo (in maniera analoga al noto fenomeno delle onde acustiche che si propagano lungo le superfici ricurve, ad esempio nelle absidi delle chiese). Questo tipo di laser a semiconduttore era già noto, ma i ricercatori sono riusciti a risolvere il problema fon- damentale di come estrarne in maniera utile la luce emessa. Normalmente, infatti, in questa classe di dispositivi, la radiazione è fortemente confinata all'interno del laser e la debole emissione è distribuita uniformemente su tutto il piano del disco. Tramiteuno speciale reticolo metallico posto sulla superficie del laser e composto da un numero primo di aperture, la radiazione laser viene estratta e collimata verticalmente rispetto al disco, grazie ad uno speciale effetto di interferenza. Questa innovazione è stata qui applicata con successo su laser detti «a cascata quantica», che emettono radiazione a frequenze tra 1 a 10 THz (THz, un milione di milioni di oscillazioni al secondo), una regione spettrale tra infrarosso e microonde ancora oggi abbastanza inutilizzata per la mancanza di componenti a stato solido compatti e di basso consumo. Nella figura che correda questo articolo è mostrata una foto al microscopio elettronico di un dispositivo realizzato e il profilo calcolato dell'emissione. Già in questa prima implementazione si sono ottenute efficienze record e dispositivi ad alta potenza sono ora possibili con geometrie ad anello e diametri maggiori. L'invenzione consente la realizzazione di microchip con una molteplicità di laser in parallelo, aprendo le porte all'implementazione delle tecnologie THz in diversi settori industriali, per esempio come sensori biomolecolari, o nell'imaging per controlli di sicurezza, o nel monitoraggio di determinati processi in- dustriali.

Autori: L. Mahler1, A. Tredicucci, F. Beltram, C. Walther, J. Faist, B. Witzigmann, H. E. Beere, e D. A. Ritchie

Titolo: Vertically Emitting Microdisk Lasers

Rivista: Nature Photonics

Anno: 2008

Riferimenti bibliografici: Vol. 3 (2009), January 46