KAUST的科學家們展示了一種修改緊湊型半導體激光器的簡單方法，以使其更適合用於照明和全息攝影。半導體技術使激光器的所有部件都能被緊湊地封裝在一個只有幾微米大小的設備中。這包括一個放大光線的光學活性區域和兩邊的高反射鏡。

這類新的激光陣列結合了腔體和表面發射配置的優勢，以實現高質量的照明和高速通信。資料來源：2023 KAUST; Omar Alkhazragi

垂直腔表面發射激光器，或稱VCSEL就是這樣一種裝置。這些裝置是通過在基底上精確地放置或生長交替的半導體層來創造一個高反射的堆棧。然後在上面生長活性材料，接著是第二個反射層。然後，激光可以從該設備的頂部發射出來。

VCSEL的優勢在於可以在同一襯底上同時創建和使用數百個，但光束容易出現斑點狀的輪廓，這使得它不適合於照明、全息、投影和顯示等應用。這些都需要在垂直於光束傳播方向的平面上有均勻的光線。

斑點源於腔體的高度有序性，它只允許發射少量的模式或光束軌跡。研究員Omar Alkhazragi解釋說：”VCSEL利用了一個有序的腔體，它只允許光在少數模式下產生共振，而且效率特別高。這些模式中的光子相互干擾，導致斑點和低照明質量”。

Alkhazragi和KAUST的同事以及來自中國的合作者已經證明，只需改變設備的形狀，打破腔體的對稱性，就可以減少來自VCSEL的激光的斑點。這在生成的光中引入了混亂的行為，並允許發射更多的模式。

Alkhazragi和他的團隊研究了具有D形腔的VCSEL，並將其與具有標準圓柱形或O形幾何形狀的VCSEL進行比較。他們觀察到，D型設備表現出大幅降低的相干性，並相應地增加了60%的光功率，這是可以實現的最大限度。

研究人員將這一改進歸功於腔內光線的混亂動態。由於光是以相互不相干的模式發射的，所以斑點的可見度降低了。

Alkhazragi說：”機器學習可以幫助設計腔體，進一步最大化模式的數量，降低相干性，從而將斑點密度降低到人類的感知之下。”