L’émergence des lasers à semi-conducteurs émettant par la surface comme catalyseurs de la photonique de l’énergie verte.
La photonique, cette science de la lumière qui englobe la génération, la manipulation et la détection de la lumière, se trouve aujourd’hui à l’aube d’une révolution, grâce aux avancées spectaculaires dans le domaine des lasers à semi-conducteurs émettant par la surface (VCSEL). Ces dispositifs, au cœur des technologies d’éclairage et de communication de demain, promettent de transformer notre approche de l’énergie verte et de la communication ultra-rapide.
Lire aussi :
- Cette incroyable percée coréenne va-t-elle ouvrir la porte à la fusion nucléaire ?
- Betavolt développe une batterie à énergie atomique pour mobile : « longue durée » de 50 ans
L’ascension des VCSEL : un parcours historique
Depuis leur introduction, les lasers à semi-conducteurs ont continuellement repoussé les limites de l’efficacité, jouant un rôle central dans l’avancement de la technologie photonique. Les lasers émettant par l’arête (EEL), précurseurs dans ce domaine, ont établi des records d’efficacité, culminant à 85% dans des conditions cryogéniques et à 76% à température ambiante. Néanmoins, ces performances sont restées inégalées pendant près de quinze ans, marquant une période de stagnation notable dans l’évolution des lasers à semi-conducteurs.
Naissance du nouveau champion mondial de la fusion nucléaire en France ?
VCSEL contre EEL : une bataille d’efficacité
Les VCSEL, malgré leur potentiel, ont longtemps été à la traîne par rapport aux EEL en termes d’efficacité énergétique. Avec un record d’efficacité de 62% établi en 2009, ces lasers ont montré une progression plus lente, soulignant un écart significatif de performances avec leurs homologues EEL. Cette différence a longtemps cantonné les VCSEL à des applications de faible puissance, telles que l’électronique grand public ou les communications à courte distance.
Un tournant pour les VCSEL : la rupture technologique
Cependant, une équipe de chercheurs, dirigée par le professeur Jun Wang de l’Université de Sichuan et de Suzhou Everbright Photonics, a récemment marqué un tournant dans cette dynamique. En exploitant la technologie des zones actives en cascade à multi-jonctions, ces scientifiques ont réussi à décupler l’efficacité des VCSEL, ouvrant la voie à des applications révolutionnaires dans les domaines de la détection à longue distance, de la communication et de la photonique énergétique verte.
La technologie multi-jonctions : un catalyseur d’efficacité
Le secret de cette avancée réside dans l’emploi de jonctions tunnel inversées permettant de cascader la région active du laser, augmentant ainsi le volume de gain. Cette stratégie a non seulement amélioré l’efficacité quantique différentielle des dispositifs, mais a également réduit leur courant de seuil, jetant les bases d’une amélioration significative de la puissance et de l’efficacité.
Vers une efficacité record : les promesses des VCSEL multi-jonctions
Les simulations numériques et les expérimentations menées par l’équipe de recherche ont montré des résultats époustouflants. Les VCSEL à 20 jonctions ont dépassé les 88% d’efficacité de conversion électro-optique sous des conditions ambiantes, tandis qu’un dispositif à 15 jonctions a atteint 74% d’efficacité à température ambiante. Ces performances, sans précédent dans le domaine des VCSEL, signalent une avancée majeure, tant du point de vue de la physique des semiconducteurs que de l’impact potentiel sur l’énergie verte et la communication de demain.
Vers un avenir photonique vert
L’impact de ces découvertes va bien au-delà de l’amélioration technique des VCSEL. En effet, elles ouvrent des perspectives nouvelles pour l’utilisation des lasers dans des applications à haute efficacité énergétique, essentielles à l’ère de la technologie intelligente et de la durabilité. Les chercheurs envisagent déjà d’étendre ces applications aux domaines de la communication et de la détection à longue distance, promettant une réduction significative de la consommation énergétique des dispositifs mobiles et des centres de données.
Cet article explore l’innovation majeure dans le domaine des lasers à semi-conducteurs avec l’avènement des VCSEL à multi-jonctions. Marquant une rupture avec les années de stagnation, cette avancée représente non seulement un bond en avant pour la physique des semiconducteurs mais ouvre également la porte à des applications révolutionnaires en photonique de l’énergie verte et en communication ultra-rapide, annonçant une nouvelle ère pour la technologie des lasers.
Source : Nature
