Các nhà nghiên cứu đã đạt được một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực laser phát xạ bề mặt tinh thể quang tử (PCSEL), một loại laser được biết đến với độ sáng cao và khả năng kiểm soát nhiệt được cải thiện. PCSEL là một công nghệ laser tiên tiến, cho phép phát ra chùm tia tập trung với công suất cao, đồng thời giảm thiểu rủi ro quá nhiệt.
Thành tựu này liên quan đến việc thiết kế lại cấu trúc của PCSEL, giúp cải thiện hiệu suất khi sử dụng liên tục ở công suất cao. Thiết kế mới này cho phép PCSEL hoạt động ở nhiệt độ phòng và phát ra bước sóng an toàn cho mắt, trong khi duy trì chất lượng chùm tia ổn định trong quá trình sử dụng liên tục. Việc này mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng cho PCSEL trong các lĩnh vực yêu cầu độ tin cậy và hiệu suất cao.
PCSEL nâng cấp này đã được thử nghiệm sử dụng hình ảnh hồng ngoại và phổ kế, xác nhận hiệu suất của laser và khả năng duy trì chùm tia ổn định, tập trung chặt chẽ ở bước sóng 1,5 micromét. Kết quả thử nghiệm cho thấy, PCSEL mới có thể duy trì chùm tia ổn định và chất lượng cao trong quá trình sử dụng liên tục, mà không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hoặc công suất.
Khác với các PCSEL trước đây dựa vào lỗ thông khí để làm mát, cấu trúc mới đã loại bỏ khiếm khuyết về sự dịch chuyển nguyên tử, cải thiện độ ổn định nhiệt và độ bền bỉ dài hạn. Điều này giúp cho PCSEL mới có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt và yêu cầu độ tin cậy cao.
So với các loại laser phát xạ bề mặt khoang dọc (VCSEL) phổ biến hơn, PCSEL có thể được mở rộng cho các vai trò tầm xa, công suất cao trong phòng thủ tên lửa, vũ khí drone và hệ thống không gian. Chùm tia đơn chế độ và khả năng chịu nhiệt của chúng hỗ trợ các thiết kế quân sự mà không cần hệ thống làm mát cồng kềnh, mang lại cho các nhà thiết kế quốc phòng sự linh hoạt hơn cho các nền tảng di động và trên độ cao lớn.
Với sự hỗ trợ từ Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Không quân Mỹ (US Air Force Research Laboratory), nhóm nghiên cứu đã giải quyết được một trở ngại lớn trong phát triển laser: tăng công suất đầu ra mà không gây quá nhiệt hay sụp đổ cấu trúc. Hiện nhóm nghiên cứu đang tiếp tục nâng công suất đầu ra, thu nhỏ kích thước và hoàn thiện phương pháp sản xuất để đẩy nhanh quá trình tích hợp vào các nền tảng quốc phòng.
Nhóm nghiên cứu tin rằng, những tiến bộ trong công nghệ PCSEL sẽ mở ra nhiều ứng dụng mới trong tương lai, từ hệ thống quốc phòng đến các ứng dụng dân sự yêu cầu độ tin cậy và hiệu suất cao. Việc tiếp tục phát triển và hoàn thiện công nghệ này sẽ giúp mang lại nhiều lợi ích cho các ngành công nghiệp và lĩnh vực khác nhau.