Найден способ быстрой модуляции медленных источников света
Исследователи из Университета Брауна (штат Род-Айленд) вместе с коллегами из Гарварда разработали новый метод высокоскоростного модулирования фосфоресцентного излучения, который может найти применение в компьютерных чипах и оптоэлектронике.
«Наши результаты демонстрируют относительно быструю модуляцию фундаментально медленных фосфоресцентных излучателей», — рассказывает Рашид Зиа (Rashid Zia), адъюнкт-профессор физики и техники в Брауне и главный автор новой статьи, описывающей эту работу в журнале Nature Communications.
Сегодня люминофоры широко используются в светодиодах, лампах освещения. Они довольно эффективны и превращают большую часть получаемой энергии в свет, вместо того, чтобы терять её в виде тепла. Но присущая люминофорам инерция включения и выключения мешает использовать их в информационных приложениях, требующих быстрой коммутации для передачи кодированных цифровых данных.
В последней работе ученые подошли к решению этой проблемы с новой стороны. Вместо того, чтобы изменять интенсивность излучения они разработали систему, модулирующую другую характеристику фосфоресцентного излучения, а именно его спектральный состав, путём воздействия на среду, окружающую эмиттер.
Популярный люминофор на основе ионов эрбия авторы скомбинировали с диоксидом ванадия, материалом, который может быстро переходить из прозрачного диэлектрического состояния в отражающее металлическое.
Изменение фазы VO2, а точнее, изменение отражательной способности, приводит к переключению между двумя механизмами излучения эрбия: путем перехода магнитных или электрических диполей. Эти два механизма эмиссии имеют отличающиеся спектры, что можно использовать для кодирования двоичной информации.
Авторы показали, что прямая модуляция излучения может происходить с той же скоростью, с которой изменяется фаза VO2. Тестовая система в начальных экспериментах могла переключаться на три порядка быстрее, чем оптическое время жизни эрбия. В ней для накачки диоксида ванадия энергией применялся лазер, использование вместо него электричества может позволить ещё больше увеличить скорость модуляции.
В отличие, например, от полупроводниковых лазеров, эрбий и другие люминофоры можно наносить непосредственно на кремниевую основу, что упрощает их интеграцию в процесс производства микрочипов, а высокая эффективность излучения снимает проблему отвода рассеиваемого тепла.