Osaka, Japon – Des chercheurs de l’Université d’Osaka, en collaboration avec ULVAC, Inc. et l’Université Ritsumeikan, ont développé une nouvelle structure de LED qui génère une lumière polarisée circulairement à partir d’une seule puce. Cette avancée pourrait permettre des dispositifs optiques plus petits et plus économes en énergie pour la RA/RV, les écrans 3D, les communications quantiques et la sécurité optique. En combinant une structure émissive semi-polaire en InGaN avec une métasurface en nitrure de silicium en forme de rayures, l’équipe a créé une source lumineuse compacte qui réduit la perte de conversion d’énergie et fonctionne à température ambiante. Cette avancée pourrait contribuer à rapprocher de l’utilisation pratique des sources lumineuses ultra-compactes et durables dans la RA/RV, les écrans 3D, les communications quantiques et la sécurité optique.
La lumière polarisée circulairement est utile pour une large gamme de technologies de nouvelle génération. Cependant, les LED à polarisation circulaire précédentes ont eu du mal à combiner une polarisation élevée, une haute efficacité, une durabilité et une fabrication évolutive. Dans de nombreuses conceptions antérieures, seule une composante de polarisation circulaire peut être extraite de la lumière non polarisée, ce qui impose une limite théorique de 50 % sur l’efficacité de conversion.
Pour surmonter cette limitation, les chercheurs ont utilisé des puits quantiques semi-polaires en InGaN, qui émettent naturellement une lumière partiellement polarisée linéairement. Ils ont ensuite intégré directement une métasurface en forme de rayures de SiNₓ sur la surface de la LED pour convertir cette lumière en lumière polarisée circulairement plus efficacement. Les mesures optiques à température ambiante ont montré un degré de polarisation circulaire de 0,27 à 408 nm et une efficacité de conversion de polarisation linéaire à circulaire de 68 %, dépassant la limite théorique des méthodes conventionnelles.
Les chercheurs ont également constaté que le dispositif fabriqué fonctionnait proche du comportement idéal, sur la base de l’accord entre l’expérience et les simulations électromagnétiques tridimensionnelles. Parce que la structure est entièrement constituée de matériaux inorganiques et est compatible avec les procédés semi-conducteurs existants, elle pourrait offrir une voie pratique vers des sources de lumière polarisée durables, compactes et fabriquables.
Le professeur Shuhei Ichikawa, auteur principal, a commenté : « En utilisant l’émission polarisée linéairement intrinsèque des LED semi-polaires en InGaN, nous avons atteint une haute efficacité de conversion en polarisation circulaire au-delà de la limite des approches conventionnelles. Une lumière polarisée circulairement à haute efficacité peut être obtenue simplement en intégrant une métasurface monocouche, et nous voyons un fort potentiel pour des applications futures dans des dispositifs compacts et des systèmes photoniques pratiques pour les applications optiques de nouvelle génération. »
Article : Metasurface-integrated semipolar (20-21) InxGa1−xN quantum wells towards efficient circularly-polarized LEDs – Journal : Optical Materials Express – Méthode : Computational simulation/modeling – DOI : Lien vers l’étude
Source : Osaka U.
