Dziś Dzień Fotoniki, a więc kilka słów o laserze MECSEL, opracowywanym w naszych laboratoriach, a o którym tu jeszcze nie pisaliśmy. #PREMIERA. Słowo MECSEL to akronim od: Membrane External Cavity Surface Emitting Laser. MECSEL nie jest pompowany elektrycznie i nie jest monolityczny (oznacza to, że funkcje rezonatora i medium wzmocnienia nie są spełniane jednocześnie wspólnie w tym samym kawałku półprzewodnika). To go odróżnia od standardowej konstrukcji lasera półprzewodnikowego.

Rezygnacja z tych dwu cech pozwala jednak na osiągniecie jednocześnie unikatowej cechy: generacji wiązki o dobrej jakości optycznej i dużej mocy, rzędu wielu watów. Doskonała jakość wiązki i duża moc jest pożądana w szeregu zastosowań, np. w chirurgii oka, w badaniach biologicznych, obrazowaniu in vivo, w mikrotechnice, w pracach badawczych materiałów półprzewodnikowych dla potrzeb telekomunikacji itp.

Podczas konstrukcji lasera MECSEL, w celu uzyskania doskonałej jakości wiązki, dbamy o to, by przyrząd miał symetrię osiową, dlatego też wykorzystujemy zewnętrzny liniowy rezonator składający się z dwu luster dielektrycznych, których ustawienie jest dobrane tak, by laser emitował wiązkę o przekroju kołowym i gaussowskim rozkładzie mocy.

Kolejną korzyścią z zastosowania zewnętrznego rezonatora jest również optyczny dostęp do medium wzmocnienia, tzn. możliwość zastosowania pompowania optycznego. Optyczny układ pompy zapewnia jednorodną ekscytację bardzo dużej powierzchni, co skutkuje niską gęstością mocy optycznej i cieplnej. Tym samym zapobiega się katastroficznej degradacji powierzchni medium wzmocnienia, a także występującemu w innych konstrukcjach obniżeniu jakości emitowanej wiązki w skutek przestrzennie nierównomiernemu nagrzewaniu powierzchni.

Jako medium wzmocnienia wykorzystywana jest heterostruktura półprzewodnikowa, czyli układ warstw półprzewodnikowych – zaprojektowany tak, by skorzystać ze zjawisk kwantowych, tzn. z falowej natury nośników.

Zjawiska kwantowe obserwowane są tylko w nanoświecie, czyli tam gdzie rozmiary są mierzone w nanometrach (1nm=0.00001mm). Dla zapewnienia efektywnego odprowadzania ciepła, heterostruktury są oddzielane od podłoża epitaksjalnego i przenoszone jako bardzo cienkie membrany na przezroczyste chłodnice. Grubość membrany to zaledwie kilka mikrometrów (1um=0.001mm), około 5 długości emitowanej przez MECSEL fali świetlnej.

W Łukasiewicz – IMiF wykorzystujemy chłodnice diamentowe (z prawdziwych diamentów!) ze względu na ich dobre własności optyczne i doskonałe przewodnictwo cieplne. Wykorzystanie w konstrukcji heterostruktur nanometrowych warstw o ściśle kontrolowanych składach chemicznych pozwala na wytwarzanie laserów o emisji na niemal dowolnej długości fali w zakresie bliskiej podczerwieni.

Ponadto lasery wykorzystujące heterostruktury półprzewodnikowe charakteryzują się szerokim pasmem wzmocnienia. W konsekwencji lasery MECSEL mogą być strojone w zakresie wielu dziesiątek nanometrów, tym samym z łatwością pozwalają dopasować długość fali do konkretnego zastosowania. Dotychczas prowadzone prace w Łukasiewicz – IMIF pozwoliły na zademonstrowanie MECSEL w zakresie spektralnym 980nm i 1550-1780nm. Lasery te były strojone w zakresach odpowiednio 90 i 170nm.