En revanche, l’amélioration de l’efficacité des lasers à émission de surface et à cavité verticale (VCSEL) a été plus lente. Depuis que le PCE a atteint un maximum de 62 % en 2009, aucune avancée significative n'a été constatée, ce qui met en évidence un écart de performance évident entre le VCSEL et l'EEL. En tant que laser à microcavité, parvenir à une conversion à haut rendement dans le domaine de la photonique a toujours été un défi pour le VCSEL.

En raison de leur faible consommation et de leur faible efficacité, les premières applications des VCSEL étaient principalement axées sur l'électronique grand public à petite échelle et à faible consommation et sur les communications à courte distance dans les centres de données. Ces dernières années, grâce aux progrès de la technologie intelligente, les VCSEL basse consommation sont devenus une puce de source de lumière essentielle pour les systèmes de détection intelligents, trouvant une application généralisée dans la reconnaissance faciale et la détection à courte distance avec un succès notable.

Récemment, le développement rapide de la technologie avancée de l’intelligence artificielle a révélé l’immense potentiel des VCSEL dans des domaines tels que la détection, la communication, les horloges atomiques, l’informatique optique/quantique, les lasers topologiques et le diagnostic médical. En particulier, la demande de technologies de détection à longue portée pour la conduite autonome, la puissance de calcul de l'IA dans les centres de traitement de données à grande vitesse et la croissance des VCSEL dans les applications de technologies intelligentes et quantiques soulignent l'importance de la consommation d'énergie en tant que question centrale. P>

L'efficacité énergétique des VCSEL a un impact significatif sur la consommation énergétique des appareils mobiles et des centres de données. Par conséquent, le développement de VCSEL à très haut rendement est crucial pour soutenir le développement de dispositifs finaux dans la future ère intelligente et joue un rôle important dans l'avancement du développement de la photonique d'énergie verte.

Dans un nouvel article publié dans Light :Science &Applications , une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Jun Wang du Collège d'électronique et d'ingénierie de l'information, Université du Sichuan, Chine et Suzhou Everbright Photonics Co., Ltd, Suzhou, Chine, et ses collègues, ont réalisé une percée en matière d'efficacité VCSEL en utilisant un actif en cascade multijonction technologie de zone.

En utilisant des jonctions tunnel inverses pour réaliser une mise en cascade de régions actives, le volume de gain est augmenté. Cette stratégie de conception permet aux porteurs de subir plusieurs processus d'émission stimulée, améliorant ainsi non seulement l'efficacité quantique différentielle du dispositif, mais maintenant également un courant de seuil inférieur.

En conséquence, ces dernières années, un nombre important de chercheurs ont exploité les VCSEL multi-jonctions pour atteindre une croissance exponentielle de la puissance, rendant les VCSEL viables en tant que sources laser pour le LiDAR dans les véhicules autonomes. Cependant, l'avantage potentiel le plus important des VCSEL multi-jonctions devrait être leur remarquable amélioration de l'efficacité.

Par conséquent, une étude systématique combinant des simulations théoriques et des expériences est menée pour étudier les avantages des VCSEL multi-jonctions en termes d'efficacité de conversion électro-optique.

L’équipe a simulé les propriétés de mise à l’échelle des VCSEL à jonctions multiples et les a comparées à celles des VCSEL à jonction unique. Des simulations numériques indiquent qu'un VCSEL à 20 jonctions peut dépasser un rendement de conversion électro-optique de 88 % dans des conditions de température ambiante.

Expérimentalement, un VCSEL à 15 jonctions a atteint un rendement de conversion électro-optique de 74 % à température ambiante, avec un rendement de pente de 15,6 W/A, correspondant à un rendement quantique différentiel de plus de 1 100 %. Les chercheurs pensent que cette efficacité de conversion électro-optique est la plus élevée jamais rapportée dans le domaine du VCSEL, et que cette efficacité quantique différentielle est la plus élevée jamais rapportée dans les lasers à semi-conducteurs.

Comme l'a déclaré le critique :"Cela représente en effet une avancée significative dans un domaine qui stagne depuis longtemps."

Les auteurs de l'étude écrivent :"À l'avenir, nous prévoyons également d'explorer et d'étendre les applications des VCSEL multi-jonctions à haut rendement et haute puissance dans le domaine des communications.

"Cette recherche fournit non seulement des preuves théoriques et expérimentales précieuses pour une optimisation et une application plus poussées des VCSEL, mais offre également une référence précieuse pour le développement et l'application ultérieurs de lasers à semi-conducteurs à PCE élevé. On s'attend à ce qu'elle ait un impact significatif sur la photonique et le laser à énergie verte. physique."