Por el contrario, la mejora de la eficiencia de los láseres emisores de superficie de cavidad vertical (VCSEL) ha sido más lenta. Desde que se informó un PCE máximo del 62 % en 2009, no ha habido avances significativos, lo que destaca una clara brecha de rendimiento entre VCSEL y EEL. Como láser de microcavidades, lograr una conversión de alta eficiencia en el campo de la fotónica siempre ha sido un desafío para VCSEL.

Debido a su baja potencia y eficiencia, las primeras aplicaciones de los VCSEL se centraron principalmente en electrónica de consumo de baja potencia y pequeña escala y en comunicaciones de corta distancia en centros de datos. En los últimos años, con los avances en la tecnología inteligente, los VCSEL de bajo consumo se han convertido en un chip de fuente de luz central clave para sistemas de detección inteligentes, encontrando una aplicación generalizada en el reconocimiento facial y la detección de corta distancia con un éxito notable.

Recientemente, el rápido desarrollo de la tecnología avanzada de inteligencia artificial ha revelado el inmenso potencial de los VCSEL en campos como la detección, la comunicación, los relojes atómicos, la computación óptica/cuántica, los láseres topológicos y el diagnóstico médico. En particular, la demanda de tecnologías de detección de largo alcance en la conducción autónoma, la potencia computacional de la IA en centros de procesamiento de datos de alta velocidad y el crecimiento de los VCSEL en aplicaciones de tecnología inteligente y cuántica subrayan la importancia del consumo de energía como cuestión central. P>

La eficiencia energética de los VCSEL tiene un impacto significativo en el consumo de energía de los dispositivos móviles y los centros de datos. Por lo tanto, el desarrollo de VCSEL de ultra alta eficiencia es crucial para respaldar el desarrollo de dispositivos finales en la futura era inteligente y desempeña un papel importante en el avance del desarrollo de la fotónica de energía verde.

En un nuevo artículo publicado en Light:Science &Applications , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Jun Wang de la Facultad de Electrónica e Ingeniería de la Información de la Universidad de Sichuan, China y Suzhou Everbright Photonics Co., Ltd, Suzhou, China, y sus compañeros de trabajo, han logrado un avance en la eficiencia de VCSEL utilizando activos en cascada multiunión. tecnología del área.

Al emplear uniones de túneles inversos para realizar la cascada de regiones activas, se aumenta el volumen de ganancia. Esta estrategia de diseño permite a los portadores someterse a múltiples procesos de emisión estimulada, lo que no solo mejora la eficiencia cuántica diferencial del dispositivo sino que también mantiene un umbral de corriente más bajo.

Como resultado, en los últimos años, un número significativo de investigadores ha aprovechado los VCSEL de múltiples uniones para lograr un crecimiento exponencial de energía, haciendo que los VCSEL sean viables como fuentes láser para LiDAR en vehículos autónomos. Sin embargo, la ventaja potencial más importante de los VCSEL multiunión debería ser su notable mejora en la eficiencia.

Por lo tanto, se lleva a cabo un estudio sistemático que combina simulaciones teóricas con experimentos para investigar las ventajas de los VCSEL de uniones múltiples en la eficiencia de conversión electroóptica.

El equipo simuló las propiedades de escala de los VCSEL de unión múltiple y las comparó con las de los VCSEL de unión única. Las simulaciones numéricas indican que un VCSEL de 20 uniones puede superar una eficiencia de conversión electroóptica del 88 % en condiciones de temperatura ambiente.

Experimentalmente, un VCSEL de 15 uniones logró una eficiencia de conversión electroóptica del 74 % a temperatura ambiente, con una eficiencia de pendiente de 15,6 W/A, lo que corresponde a una eficiencia cuántica diferencial de más del 1100 %. Los investigadores creen que esta eficiencia de conversión electroóptica es la más alta reportada en el campo VCSEL hasta la fecha, y esta eficiencia cuántica diferencial es la más alta jamás reportada en láseres semiconductores.

Como afirmó el crítico:"Esto ciertamente representa un avance significativo en un campo que ha estado estancado durante mucho tiempo".

Los autores del estudio escriben:"En el futuro, también planeamos explorar y ampliar las aplicaciones de VCSEL multiunión de alta eficiencia y alta potencia en el campo de las comunicaciones.

"Esta investigación no sólo proporciona valiosa evidencia teórica y experimental para una mayor optimización y aplicación de VCSEL, sino que también ofrece una valiosa referencia para un mayor desarrollo y aplicación de láseres semiconductores con alto PCE. Se espera que tenga un impacto significativo en la fotónica y el láser de energía verde. física."