Сверхтонкое лазерное зеркало, которое по отражающей способности (99,9%) соответствует лучшим образцам обычных зеркал, но тоньше их в 20 раз, создано инженерами Калифорнийского университета (University of California). Как утверждается, новинка сможет работать с более широким спектром световых частот, чем сегодняшние образцы, и проще с точки зрения производства. Малая толщина, по мнению специалистов, в сочетании с другими достоинствами, позволит создавать самые миниатюрные приборы с интегрированной оптикой для потребительских электронных устройств.
Перед разработчиками стояло немало препятствий. Работа началась с исследований лазеров типа VCSEL (vertical-cavity surface-emitting lasers), которые открывают дорогу полупроводниковым лазерным диодам к самым разнообразным областям применения, включая телекоммуникационное оборудование, дисплеи, твердотельные осветительные приборы, сенсоры и печатающие устройства. Свет в приборах VCSEL излучается поверхностью полупроводникового кристалла, так что есть возможность повысить эффективность, создав двухмерный массив приборов. Для оптической обратной связи в VCSEL используются два своеобразных «зеркала» - распределенных брегговских рефлектора (DBR), которые разделены очень маленькой активной областью. Чтобы лазер имел практическое использование, отражающая способность DBR должна быть не ниже 99,5%. Однако применение VCSEL в широком диапазоне длин волн долго сдерживалось неважными оптическими и температурными свойствами материалов, из которых формируются рефлекторы.
На начальном этапе в качестве такого материала пытались использовать хрусталь, который имеет отражающую способность на уровне 30%, чего, к сожалению, недостаточно для VCSEL. Высокая отражающая способность может быть получена в таком DBR, где свет проходит через перемежающиеся слои арсенида алюминия-галлия и арсенида галлия, имеющие слегка отличающиеся показатели преломления. Разница в показателях преломления позволяет небольшому количеству света отразиться от каждой пары перемежающихся слоев. В результате, свет, проходящий через многочисленные слои, складывается, формируя мощный, когерентный поток.
Чтобы отразить 99,9% света, понадобится до 80 слоев. Это делает рефлектор слишком толстым – порядка 5 мкм. Однако исследователи смогли сделать более тонкое зеркало, которое, к тому же, легче изготовить. Они интегрировали в рефлектор однослойное зеркало с высоким значением дифракции на длинах волн меньших, чем рабочая длина (high-index-contrast subwavelength grating, HCG). По утверждению ученых, оно обеспечивает обратную оптическую связь, определяя длину волны и поляризацию излучаемого света. Ширина полосы пропускания, в которой HCG сохраняет свои отражающие свойства, на порядок больше, чем у обычных DBR. С точки зрения производства, VCSEL с интегрированным HCG-«зеркалом» почти не отличается от обычного VCSEL.
Исследователи полагают, что технология формирования отражающего слоя, сходная с технологией печати, позволит наносить его на разнообразные поверхности, и, однажды, может привести к созданию гибких дисплеев из органических материалов. Среди областей VCSEL с новыми рефлекторами также названы оптические накопители.
Источник: Калифорнийский университет