Nowoczesne struktury laserów półprzewodnikowych dla polskich przedsiębiorstw

Politechnika Łódzka współpracuje z dwiema firmami zajmującymi się produkcją nowoczesnych urządzeń fotonicznych: TopGaN sp. z o. o. oraz VIGO System SA. Współpraca polega na opracowaniu i komputerowej symulacji struktur laserów półprzewodnikowych, które można znaleźć w portfolio obu firm. W przypadku Vigo system, Politechnika Łódzka wykonuje pomiary parametrów urządzeń.

Firma TopGaN jest jedynym w Polsce i jednym z nielicznych na świecie producentów diod laserowych w technologii azotku galu, emitujących światło ultrafioletowe, fioletowe i niebieskie. Lasery te mają zastosowanie w zegarach atomowych, sensorach biochemicznych i chłodziarkach dopplerowskich. W ramach swojej działalności naukowej Politechnika Łódzka zaprojektowała i zoptymalizowała struktury laserów emitujących światło o długości fali 460 nm (niebieskie). W porównaniu z analogicznymi konstrukcjami istniejącymi na rynku lasery produkowane przez TopGaN mają szereg zalet. Po pierwsze wykonane są na wysokiej jakości podłożu z azotku galu i charakteryzują się znacznie mniejszą ilością defektów niż konkurencyjne produkty.

Firma TopGaN sprzedaje lasery zaprojektowane przez Politechnikę Łódzką dużym odbiorcom głównie z USA, a także z Europy i Azji. Z uwagi na podpisane umowy o poufności niemożliwe jest podanie nazw klientów ani wysokości kontraktów. Jednakże firma TopGaN potwierdza znaczenie tych produktów jako istotnego źródła przychodów spółki.

Drugą firmą, z którą Politechnika Łódzka współpracuje w zakresie projektowania laserów półprzewodnikowych, a także pomiarów parametrów wytwarzanych laserów, jest firma VIGO System. Jest to duża, notowana na giełdzie, polska firma specjalizująca się w wytwarzaniu materiałów i przyrządów półprzewodnikowych do zastosowań fotonicznych i mikroelektronicznych. VIGO System jest liderem na światowym rynku niechłodzonych detektorów średniej podczerwieni.

W czerwcu 2021 r. Zarząd Spółki, w ramach nowej strategii na lata 2021-2026, zdecydował o rozszerzeniu działalności na nowe obszary — rozwój produkcji półprzewodnikowych materiałów dla fotoniki podczerwieni oraz rozwój technologii laserów. Już w 2019 roku firma ta rozpoczęła wspólnie z m.in. Politechniką Łódzką prace nad opracowaniem struktur laserów z pionową wnęką rezonansową (VCSEL) oraz kwantowych laserów kaskadowych (QCL) w ramach projektu „Technologia produkcji kluczowych dla rozwoju fotoniki nowatorskich struktur epitaksjalnych oraz przyrządów laserujących VCSEL” finansowanego w konkursie „Ścieżka dla Mazowsza”. Projekt jest obecnie w trakcie realizacji, ale już teraz jego wymiernym efektem jest wprowadzenie do oferty firmy laserów VCSEL emitujących podczerwone promieniowanie o długości fali 850 nm. Jest to pierwsze tego typu wdrożenie w Polsce. Struktura lasera została całkowicie zaprojektowana przez pracowników naukowych Politechniki Łódzkiej. Lasery tego typu są wykorzystywane w zastosowaniach czujnikowych oraz do detekcji kształtów i ruchów w urządzeniach przenośnych.

W swojej strategii Vigo System zakłada rozwijanie produkcji laserów VCSEL oraz ich matryc. Lasery wytwarzane przez firmę VIGO System wyróżniają się na światowym rynku z uwagi na oryginalne modyfikacje, zaproponowane w wyniku prowadzonych przez Politechnikę Łódzką prac nad optymalizacją ich struktur epitaksjalnych. Dzięki temu charakteryzują się one m. in. bardzo wysoką mocą oraz niskimi prądami progowymi. Oprócz wysokiej jakości laserów VCSEL emitujących falę 850 nm, na Politechnice Łódzkiej zaprojektowano struktury laserów VCSEL emitujących falę 940 nm przeznaczonych do systemów LiDAR (ang. Light Detection and Ranging) stosowanych np. w autonomicznych samochodach oraz lasery VCSEL emitujące falę 794,8 nm o liniowej polaryzacji, przeznaczone do rubidowych magnetometrów i zegarów atomowych. Co więcej, pracownicy Politechniki Łódzkiej projektowali i optymalizowali parametry geometryczne laserów VCSEL i ich matryc wykonywanych w Vigo System. Już w tej chwili opracowana technologia przekłada się na bezpośrednią korzyść dla firmy. Doświadczenie zdobyte przy produkcji pierwszych prototypów laserów VCSEL oraz rozwijaniu ich kolejnych generacji i typów pozwala firmie uczestniczyć w międzynarodowym konsorcjum zajmującym się rozwijaniem technologii laserów VCSEL i ich zastosowaniami. Prowadzi ona rozmowy z grupą dużych odbiorców laserów VCSEL (chipów) z Japonii, Hiszpanii, Grecji, Stanów Zjednoczonych Ameryki itd. (umowy o poufności uniemożliwiają podanie szczegółowej listy).

Podsumowując, Polska jest relatywnie nowym i, póki co, niewielkim graczem w światowym dynamicznie rozwijającym się rynku fotoniki. Partnerstwo pomiędzy Politechniką Łódzką i wymienionymi firmami jest istotnym krokiem prowadzącym do zwiększenia znaczenia polskich podmiotów w tej branży. Znaczenie i wpływ Politechniki Łódzkiej na rozwój polskiej fotoniki został podkreślony w 2021 roku przez zaproszenie Politechniki Łódzkiej do Polskiej Platformy Technologicznej Fotoniki.