Terobosan Quantum Dot Membuat Laser Inframerah Terjangkau dan Skalabel
Para peneliti telah mengembangkan teknologi laser baru menggunakan titik-titik kuantum koloidal besar dari timbal sulfida untuk memancarkan cahaya koheren dalam rentang inframerah gelombang pendek yang diperluas.
Inovasi ini menjanjikan solusi laser yang lebih murah dan terukur, kompatibel dengan platform silikon CMOS, mencakup rentang panjang gelombang yang lebih luas tanpa mengubah komposisi kimia, dan menghilangkan kebutuhan akan amplifier laser femtosecond yang mahal.
Teknologi Laser Baru
Teknologi laser saat ini untuk perluasan rentang spektral SWIR bergantung pada material yang mahal dan kompleks, sehingga sulit untuk diukur dan kurang terjangkau. Untuk mengatasi keterbatasan ini, tim peneliti ICFO, yang dipimpin oleh ICREA Prof. Gerasimos Konstantatos, mengembangkan solusi baru menggunakan titik kuantum koloid (CQDs). Temuan mereka, diterbitkan pada 6 Desember di Materi Lanjutanmenunjukkan bahwa CQD timbal sulfida (PbS) berukuran besar dapat memancarkan cahaya koheren—persyaratan utama untuk membuat laser—dalam rentang inframerah gelombang pendek (SWIR) yang diperluas.
Terobosan ini mengatasi tantangan biaya dan skalabilitas namun tetap kompatibel dengan platform silikon CMOS, teknologi standar yang digunakan dalam pembuatan chip sirkuit terpadu. Kompatibilitas ini membuka pintu bagi integrasi on-chip yang mulus, membuka jalan bagi aplikasi laser yang lebih praktis dan mudah diakses.
Kemajuan dalam Laser Quantum Dot
Titik kuantum koloid PbS mereka adalah bahan penguat semikonduktor pertama yang mencakup rentang panjang gelombang yang luas. Hebatnya, para peneliti mencapai hal ini tanpa mengubah komposisi kimia titik-titik tersebut. Hasil ini membuka jalan menuju realisasi laser titik kuantum koloidal yang lebih praktis dan kompak.
Selain itu, tim mendemonstrasikan penguat – untuk pertama kalinya pada titik kuantum PbS – dengan eksitasi nanodetik, menggantikan kebutuhan akan amplifier laser femtodetik yang besar dan mahal. Hal ini dicapai dengan menggunakan titik-titik kuantum yang lebih besar, sehingga meningkatkan penyerapan penampang titik-titik tersebut sepuluh kali lipat, sehingga menghasilkan pengurangan dramatis dalam ambang penguatan optik – titik di mana emisi sinar laser menjadi proses yang efisien.
Potensi Penerapan dan Implikasinya di Masa Depan
Kemampuan untuk memproduksi laser inframerah berbiaya rendah dan terukur dalam jangkauan SWIR yang diperluas mengatasi hambatan kritis dalam berbagai teknologi. Inovasi ini memiliki potensi transformatif untuk beragam aplikasi, termasuk deteksi gas berbahaya, sistem LIDAR yang aman bagi mata, sirkuit terpadu fotonik canggih, dan pencitraan dalam jendela biologis SWIR.
Industri yang mengandalkan sistem LIDAR, penginderaan gas, dan biomedis dapat memperoleh manfaat besar dari solusi yang hemat biaya dan terintegrasi ini. Selain itu, terobosan ini mendukung transisi ke sirkuit terintegrasi fotonik yang kompatibel dengan silikon, sehingga memungkinkan miniaturisasi yang lebih besar dan adopsi secara luas.
Pergeseran Paradigma dalam Teknologi Laser
“Pekerjaan kami mewakili perubahan paradigma dalam teknologi laser inframerah,” kata Prof. Gerasimos Konstantatos dari ICREA. “Untuk pertama kalinya, kami mencapai laser dalam rangkaian SWIR yang diperluas dengan material yang diproses secara solusi pada suhu kamar, membuka jalan bagi aplikasi praktis dan pengembangan teknologi yang lebih mudah diakses.”
Referensi: “Laser Titik Kuantum Koloid Inframerah Gelombang Pendek yang Diperluas dengan Eksitasi Nanodetik” oleh Guy L. Whitworth, Carmelita Roda, Mariona Dalmases, Nima Taghipour, Miguel Dosil, Katerina Nikolaidou, Hamed Dehghanpour dan Gerasimos Konstantatos, 6 Desember 2024, Materi Lanjutan.
DOI: 10.1002/adma.202410207
