Kompaktowe matryce azotkowych laserów krawędziowych emitujących światło zielone
Zielone lasery, emitujące światło o długości fali powyżej 500 nanometrów, zyskują na popularności w różnych dziedzinach nauki i technologii. Ich unikalne właściwości sprawiają, że są one niezwykle wszechstronne i skuteczne w wielu zastosowaniach, od medycyny po przemysł i rozrywkę. Wykorzystuje się je w chirurgii okulistycznej, gdzie precyzyjne cięcia i koagulacja są niezbędne. Są również używane w dermatologii do usuwania tatuaży i leczenia zmian naczyniowych. W przemyśle zielone lasery znajdują zastosowanie w dokładnym cięciu i znakowaniu materiałów. Dzięki wysokiej precyzji, są one idealne do obróbki metali. Zielone wskaźniki laserowe są powszechnie używane podczas prezentacji, ponieważ zielone światło jest najlepiej widoczne dla ludzkiego oka. Sprawia to, że są one bardziej efektywne wizualnie niż czerwone czy niebieskie lasery o tej samej mocy. Niestety w większości tych zastosowań używa się albo dużych laserów, albo konieczne jest przeprowadzenie konwersji promieniowania podczerwonego emitowanego z laserów półprzewodnikowych na światło zielone. Oba rozwiązania są nieefektywne i mało wydajne, co zdecydowanie ogranicza wykorzystanie zielonych laserów we wspominanych dziedzinach. Dlatego konieczne jest opracowanie odpowiednich laserów półprzewodnikowych bezpośrednio generujących światło zielone o wysokiej sprawności i atrakcyjnych parametrach pracy w szczególności o dużej moc optycznej. Opracowanie małych kompaktowych matryc tychże właśnie laserów umożliwiłoby osiągnięcie wspomnianych celów oraz przyczyniłoby się do znalezienia wielu innych ciekawych zastosowań dla tych źródeł. Na chwilę obecną nie są dostępne matryce laserów półprzewodnikowych emitujących światło zielone. Obecnie najlepszymi kandydatami do skonstruowania zielonych matryc laserowych są lasery półprzewodnikowe emitujące z krawędzi, nazywane laserami krawędziowymi. W porównaniu do innych popularnych laserów półprzewodnikowych, tzn. do laserów VCSEL (ang. Vertical Cavity Surface Emitting Laser), cechują się one wyższą mocą wyjściową, co jest szczególnie ważne w aplikacjach wymagających intensywnego źródła światła. Konstrukcja laserów krawędziowych pozwala również na większą elastyczność w projektowaniu parametrów lasera, takich jak długość fali emisji, czy moc wyjściowa. Umożliwia to ich dostosowanie do szerokiego zakresu zastosowań, od telekomunikacji po medycynę. Ponieważ współczesna technologia dąży do miniaturyzacji, do dalszego rozwoju technologii konieczne jest zaprojektowanie kompaktowych matryc laserów krawędziowych, które mogłyby zostać wykorzystane w małych (w skali micro lub pico) przenośnych projektorach, w oświetleniu półprzewodnikowym, w sprzęcie medycznym i w światle ratunkowym, ponieważ wiązka światła zielonego wykazuje słabą zależność od warunków zewnętrznych.
Niestety otrzymanie matryc o kompaktowych rozmiarach emitujących światło zielone wiąże się z rozwiązaniem problemów związanych m.in. z nieefektywnym ograniczeniem pola optycznego w laserze oraz ze zmniejszeniem zbyt wysokiej temperatury i wyrównaniem temperatury w każdym emiterze matrycy. Wspomniane zjawiska wpływają niekorzystnie na parametry eksploatacyjne matrycy i jej działanie. Podejmę się próby rozwiązania wymienionych problemów bazując na symulacjach komputerowych. Za ich pomocą opracowane będą odpowiednie rozwiązania polepszające lub wręcz umożliwiające pracę jednowymiarowych matryc półprzewodnikowych laserów krawędziowych wykonanych w technologii azotkowej i projektowanych do emisji zielonego światła. Zaproponowane w ramach badań rozwiązania powinny być w szczególności pomocne dla przemysłu i w konsekwencji doprowadzić do powstania matryc laserowych oraz umożliwić ich komercjalizację.
Publikacje
- Dominika Dąbrówka, Robert P. Sarzała: Modelowanie numeryczne zjawisk cieplnych w azotkowych laserach krawędziowych i w ich jednowymiarowych matrycach. Przegląd Elektrotechniczny 2025, vol. 101, no. 9, pp. 33-38, doi: 10.15199/48.2025.09.05.
Robert P. Sarzała,Dominika Dąbrówka, Maciej Dems: Thermal Optimization of Edge-Emitting Lasers Arrays. Materials 2025, vol. 18, no. 1, article number 107, doi: 10.3390/ma18010107.
Wystąpienia konferencyjne
Wystąpienie ustne: „Modelowanie numeryczne zjawisk cieplnych w azotkowych laserach krawędziowych i w ich jednowymiarowych matrycach”, XXI Krajowa Konferencja Elektroniki, Darłowo, Polska
Plakat: „Methods for temperature equalization in a one-dimensional array of nitride edge-emitting lasers”, 15th International Conference on Nitride Semiconductors – ICNS 15, Malmö, Szwecja
Plakat: „Numerical models for the analysis of thermal phenomena in nitride edge-emitting lasers and their one-dimensional arrays”, 25th Numerical Simulation of Optoelectronic Devices – NUSOD 2025, Łódź, Polska
Plakat: „ Methods for thermal uniformity in nitride edge-emitting laser arrays”, SPIE Photonics West 2026 - Gallium Nitride Materials and Devices XXI, San Francisco, California, Stany Zjedznoczone