MỸ – Với khả năng tích hợp liền mạch chip bán dẫn, laser phát xạ bề mặt khoang dọc (VCSEL), được sử dụng trong nhiều loại thiết bị, từ chuột máy tính đến phần cứng quét khuôn mặt trên điện thoại thông minh. Tuy nhiên, những thiết bị này vẫn là một lĩnh vực cần được nghiên cứu, và các nhà khoa học cho rằng còn nhiều ứng dụng quan trọng đang chờ được khám phá.

Phòng thí nghiệm của Kent Choquette, Giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Trường Kỹ thuật Grainger (Grainger College of Engineering) thuộc Đại học Illinois Urbana-Champaign (University of Illinois Urbana-Champaign), đã phát triển một thiết kế mới, trong đó ánh sáng từ nhiều tia laser VCSEL (*) kết hợp với nhau để tạo thành một loại chế độ đồng nhất, được gọi là “supermode”. Theo thông báo của các nhà nghiên cứu trên tạp chí IEEE Photonics, kết quả là có thể điều khiển một chế độ supermode, sáng hơn so với một loạt các thiết bị độc lập, tăng thêm khả năng của các thiết bị đa năng này.
(*) VCSEL (vertical cavity surface emitting laser): là một loại diode laser bán dẫn phát ra ánh sáng theo phương thẳng đứng từ bề mặt chip, thay vì từ cạnh như diode laser truyền thống.

Giáo sư Choquette chia sẻ: “Tia laser VCSEL khó sử dụng hơn các loại laser khác vì chúng thường phát ra nhiều dạng ánh sáng khác nhau, hay còn gọi là “mode” (tạm dịch là ‘chế độ’), nên vấn đề là cần tìm cách duy trì chế độ ánh sáng như mong muốn. Thiết kế mà chúng tôi khám phá trong nghiên cứu này cho thấy cách mở rộng khả năng điều khiển chế độ trên nhiều tia laser VCSEL và sử dụng một vùng tia laser VCSEL song song, để đạt được một chế độ như mong muốn duy nhất. Với khả năng phối hợp này trên nhiều tia laser VCSEL, chúng tôi tin rằng những ứng dụng mới cho các thiết bị này sẽ được phát triển.”

Thông thường, các tia laser VCSEL được điều khiển riêng lẻ bằng tín hiệu điện, khiến cho việc phối hợp các chùm tia laser trở nên phức tạp. Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một thiết kế sử dụng tinh thể quang tử kết nối các tia laser VCSEL liền kề. Vì vậy, mặc dù chúng độc lập về mặt điện năng, nhưng chúng hoạt động song song về mặt quang học. Điều này cho phép điều khiển các chùm tia laser phối hợp, để tạo ra các dạng kết hợp được xác định trước, được gọi là “supermode”.

Chi tiết của thiết kế, bao gồm việc sử dụng tinh thể “anti-guided” (tạm dịch là ‘chống dẫn hướng’) đặc biệt để đạt được sự kết hợp quang học, đã được ông Dan Pflug, một sinh viên tốt nghiệp ngành Kỹ thuật Grainger của đại học Illinois tại phòng thí nghiệm của Giáo sư Choquette, và là tác giả chính của dự án nghiên cứu. Sau đó, nhóm nghiên cứu của đại học Illinois đã chuyển giao thiết kế cho Công ty Dallas Quantum Devices, nơi một thiết bị mẫu có thể hoạt động được chế tạo theo quy trình đúc, chứng minh rằng thiết kế có thể được hiện thực hóa.

Giáo sư Choquette đã nói rằng: “Sự hợp tác của chúng tôi với công ty Dallas Quantum Devices bắt nguồn từ lời kêu gọi của Quỹ Khoa học Quốc gia về Đề xuất Nghiên cứu Đổi mới Doanh nghiệp nhỏ (National Science Foundation for Small Business Innovation Research) về các VCSEL tốc độ cao. Tôi đã quen biết một số người tại công ty này hơn 20 năm. Từ những ý tưởng trao đổi ban đầu, chúng tôi đã chính thức hợp tác lâu dài.”

Đối với Giáo sư Choquette, dự án nghiên cứu này là sản phẩm của sự khám phá và đổi mới vì chính nó. Ông nhận thấy rằng đây là nơi khởi nguồn của một số ứng dụng quan trọng nhất của công nghệ mới.

Giáo sư Choquette nói tiếp: “Khi bắt đầu làm việc với VCSEL vào 30 năm trước, tôi chỉ quan tâm đến chúng vì mục đích học thuật. Nhưng một hôm, tôi nhận được cuộc gọi từ tập đoàn Microsoft, và chuột máy tính laser đã gia nhập thị trường. Hiện nay, mọi người đều sử dụng VCSEL hàng ngày. Đây là lý do chúng tôi thực hiện nghiên cứu: ứng dụng không phải lúc nào cũng dễ thấy, và cách duy nhất để biết là dùng thử.”

Để xem các tin bài khác về “Laser”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online