láser de puntos cuánticos

Un láser de puntos cuánticos es un láser semiconductor que utiliza puntos cuánticos como medio activo para la emisión estimulada de luz. Debido al confinamiento cuántico de los portadores de carga en las tres direcciones espaciales, su espectro de energía en los puntos cuánticos es discreto y se asemeja al de los átomos. Los láseres de inyección basados ​​en heteroestructuras de puntos cuánticos semiconductores prometen características de dispositivo superiores a las de los láseres semiconductores tradicionales basados ​​en pozos cuánticos , e incluso más a las de los medios activos masivos. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Ya se han demostrado mejoras en el umbral de láser , el ruido de intensidad relativa , el factor de mejora del ancho de línea y la insensibilidad a la temperatura en los láseres de puntos cuánticos. La región activa de puntos cuánticos también puede diseñarse para operar en diferentes longitudes de onda variando el tamaño y la composición de los puntos. Esto permite fabricar láseres de puntos cuánticos que operan en longitudes de onda más allá de las alcanzables en los láseres de pozos cuánticos . ^{[ 3 ]}

En los láseres de inyección basados ​​en puntos cuánticos autoensamblados obtenidos mediante el modo de crecimiento de Stranski-Krastanov , ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} se presenta inherentemente un ensanchamiento de línea inhomogéneo causado por la dispersión del tamaño de los puntos cuánticos. Este ensanchamiento de línea inhomogéneo afecta negativamente las características del láser de puntos cuánticos; en particular, aumenta la corriente umbral y la hace más sensible a la temperatura. ^{[ 8 ]} Por lo tanto, se requiere un control estricto de la uniformidad de los puntos cuánticos en las estructuras láser autoorganizadas.

Los dispositivos basados ​​en medios activos de puntos cuánticos han encontrado aplicaciones comerciales en medicina ( bisturí láser , tomografía de coherencia óptica ), tecnologías de visualización (proyección, televisión láser ), espectroscopia y telecomunicaciones. Se ha desarrollado un láser de puntos cuánticos de 10 Gbit/s , insensible a las fluctuaciones de temperatura, para su uso en comunicaciones de datos ópticas y redes ópticas , utilizando esta tecnología. El láser es capaz de operar a alta velocidad en longitudes de onda de 1,3 μm, a temperaturas de 20  °C a 70  °C. Funciona en sistemas de transmisión de datos ópticos, redes LAN ópticas y sistemas de acceso metropolitano . En comparación con el rendimiento de los láseres de pozos cuánticos convencionales del pasado, el nuevo láser de puntos cuánticos logra una estabilidad de temperatura significativamente mayor.

Se ha descubierto que los nuevos láseres denominados "láseres de peine", capaces de emitir múltiples longitudes de onda discretas de luz, basados ​​en láseres de puntos cuánticos, pueden operar a longitudes de onda de ≥ 80  nm y no se ven afectados por temperaturas entre -20  °C y 90  °C, y permiten una mayor precisión con fluctuaciones reducidas y menor ruido de intensidad relativa . ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Los láseres que utilizan puntos cuánticos nanocristalinos bombeados ópticamente como medio activo presentan un rendimiento más cercano al de los láseres de estado sólido que al de los láseres de inyección. Un desafío en los láseres basados ​​en puntos cuánticos nanocristalinos es la presencia de procesos Auger multiportadores , que aumentan las tasas de transiciones no radiativas. ^{[ 11 ]} A diferencia de los semiconductores masivos, las tasas de los procesos Auger pueden controlarse hasta cierto punto en los puntos cuánticos nanocristalinos.

En desarrollo se encuentran los láseres de puntos cuánticos coloidales, que utilizarían el confinamiento cuántico para cambiar las propiedades ópticas de los cristales semiconductores (≤ 10  nm de diámetro) mediante reordenamientos de puntos cuánticos en solución. ^{[ 12 ] [ 13 ]} El autoensamblaje de puntos cuánticos coloidales en agregados de suprapartículas de tamaño micrométrico ha demostrado la emisión láser a través de los modos de galería susurrante que surgen en el límite esférico. Estos láseres de puntos cuánticos han demostrado ser reciclables, con un alto rendimiento en umbrales tan bajos como 100 μJ·cm ⁻² . ^{[ 14 ]}

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