KAUST的科学家们展示了一种修改紧凑型半导体激光器的简单方法，以使其更适合用于照明和全息摄影。半导体技术使激光器的所有部件都能被紧凑地封装在一个只有几微米大小的设备中。这包括一个放大光线的光学活性区域和两边的高反射镜。
这类新的激光阵列结合了腔体和表面发射配置的优势，以实现高质量的照明和高速通信。资料来源：2023 KAUST; Omar Alkhazragi
垂直腔表面发射激光器，或称VCSEL就是这样一种装置。这些装置是通过在基底上精确地放置或生长交替的半导体层来创造一个高反射的堆栈。然后在上面生长活性材料，接着是第二个反射层。然后，激光可以从该设备的顶部发射出来。
VCSEL的优势在于可以在同一衬底上同时创建和使用数百个，但光束容易出现斑点状的轮廓，这使得它不适合于照明、全息、投影和显示等应用。这些都需要在垂直于光束传播方向的平面上有均匀的光线。
斑点源于腔体的高度有序性，它只允许发射少量的模式或光束轨迹。研究员Omar Alkhazragi解释说："VCSEL利用了一个有序的腔体，它只允许光在少数模式下产生共振，而且效率特别高。这些模式中的光子相互干扰，导致斑点和低照明质量"。
Alkhazragi和KAUST的同事以及来自中国的合作者已经证明，只需改变设备的形状，打破腔体的对称性，就可以减少来自VCSEL的激光的斑点。这在生成的光中引入了混乱的行为，并允许发射更多的模式。
Alkhazragi和他的团队研究了具有D形腔的VCSEL，并将其与具有标准圆柱形或O形几何形状的VCSEL进行比较。他们观察到，D型设备表现出大幅降低的相干性，并相应地增加了60%的光功率，这是可以实现的最大限度。
研究人员将这一改进归功于腔内光线的混乱动态。由于光是以相互不相干的模式发射的，所以斑点的可见度降低了。
Alkhazragi说："机器学习可以帮助设计腔体，进一步最大化模式的数量，降低相干性，从而将斑点密度降低到人类的感知之下。
