211service.com
Mikrolasery s pokojovou teplotou
Vědci vytvořili dosud nejmenší laser schopný pracovat při pokojové teplotě. Zařízení je menší než jeden krychlový mikron – méně než vlnová délka světla, které vyzařuje. Je to první laser pod vlnovou délkou, který nevyžaduje kryogenní chlazení.
Laserová přesnost: Postgraduální studentka Olesya Bondarenko kontroluje naprašovací nástroj používaný k nanášení vrstvy hliníku na mikrolasery pod vlnovou délkou.
Yeshaiahu Fainman , vedoucí Ultrafast and Nanoscale Optics Group na Kalifornské univerzitě v San Diegu, který vedl práci, říká, že by mělo být možné zabalit mikrolasery blízko sebe bez vzájemného rušení mezi zařízeními. To otevírá cestu mimo jiné pro rychlejší optická komunikační zařízení, která využívají lasery pod vlnovou délkou v hustých polích.
Vědci upravili to, co je známé jako mikrodiskový laser. U tohoto typu laseru je mikroskopický disk obsahující různé materiály opticky čerpán větším laserem. To stimuluje jeho polovodičové jádro k vyzařování světla, které se před uvolněním odrazí kolem okrajů disku. Přidání kovu na tento disk může zabránit tomu, aby se laser choval způsobem, který by rušil ostatní zařízení v těsné blízkosti. To však snižuje účinnost laseru a až dosud bylo jediným způsobem, jak čelit této ztrátě výkonu, jeho kryogenní chlazení na přibližně 77 stupňů Kelvina (-196 stupňů Celsia) pomocí kapalného dusíku, což je daleko od praktického použití.
Fainman spolu s postdoktorem Maziarem Nezhadem a dalšími kolegy z UCSD našli jednodušší způsob, jak zlepšit účinnost jejich laseru a odstranit potřebu chlazení. Přidali vrstvu oxidu křemičitého, následovanou vrstvou hliníku kolem laserové dutiny vyrobené z fosfidu arsenidu india galia. Vnější kovová vrstva funguje jako štít, izoluje laser od ostatních zařízení a působí jako vysoce účinný chladič. Vrstva oxidu křemičitého zabraňuje kovu snižovat celkovou účinnost laserů.
Hliník byl vybrán, protože díky svým optickým vlastnostem je vysoce reflexní. Ale klíč k tomu, aby to fungovalo, spočívá v přesné kontrole tloušťky vrstvy oxidu křemičitého, která odděluje kov od polovodičového jádra, říká Fainman. Pokud je vrstva příliš tenká, bude kovový štít příliš silně interagovat s optickým polem, což má za následek vysoké ztráty.
Je to velmi vzrušující práce a představuje důležité pokroky v nové oblasti nanolaserů, říká Naomi Halas, profesorka elektrotechniky a počítačového inženýrství Stanley C. Moore na Rice University a ředitelka univerzitní laboratoře pro nanofotoniku. Využití kovových vrstev a chytrých konstrukčních geometrií umožnilo této skupině začít do těchto struktur zabudovávat vylepšení, která rozšíří způsob použití těchto zařízení v komunikačních systémech.
V článku publikovaném v časopise Fotonika přírody Skupina UCSD ukazuje, že její laser může při pokojové teplotě produkovat emise s vlnovou délkou 1,43 mikronu. Skupina získala finanční prostředky od National Science Foundation a také od DARPA Architektury nanoměřítek pro koherentní hyperoptické zdroje program.
Teoreticky by se účinnost laseru mohla dále zlepšit použitím jiných kovů, které mají ještě příznivější optické vlastnosti, jako je stříbro nebo zlato, říká Fainman.
Větší výzvou je najít způsob, jak by mohly být lasery plně integrovány do optoelektronických zařízení, a to výměnou složité optické pumpy za elektrickou. Elektrické čerpání by bylo žádoucí, protože je mnohem efektivnější, říká Richard De La Rue , profesor optoelektroniky na University of Glasgow ve Spojeném království.
Kromě vysokorychlostní komunikace by lasery pod vlnovou délkou mohly najít uplatnění v biomedicínském zobrazování a optické mikroskopii v blízkém poli, říká Fainman. V druhém případě existují potíže s mechanickým skenováním laserů přes povrch, říká, takže cílem by bylo vytvořit pole světelných zdrojů, které by byly skenovány spíše elektricky než mechanicky.
Halas říká, že práce je také vědecky důležitá. Využívá režim, ve kterém může konstrukce dutiny změnit vlastnosti zesilovacího média, což ve skutečnosti představuje zcela nový způsob uvažování o laserech, říká.