Lähi-infrapunan aallot näkyviksi

Punainen valo muuttuu siniseksi valoksi kaksinkertaistamalla taajuus nanokiteistä valmistettujen pienien pallojen sisällä.

ETH:n tutkijat ovat onnistuneet tekemään tehokkaan materiaalin valon laajakaistataajuuden kaksinkertaistamiseksi käyttämällä epäjärjestyneestä nanokiteistä valmistettuja mikropalloja. Uutta lähestymistapaa voitaisiin tulevaisuudessa käyttää lasereissa ja muissa valotekniikoissa.

Nykyaikaisissa fotoniikan sovelluksissa menetelmät valon värin - ja siten taajuuden ja aallonpituuden - muuttamiseksi edellyttävät epälineaaristen kiteiden käyttöä. Niissä valon on kuitenkin tyypillisesti osuttava kiteeseen tiettyyn suuntaan ja tietyllä polarisaatiolla. Tämä niin kutsuttu vaiheiden sovitus rajoittaa usein vakavasti käytännön sovelluksia.

ETH:n tutkijaryhmä on nyt kehittänyt menetelmän, jolla taajuuksien kaksinkertaistaminen voidaan saavuttaa ilman tällaista hienosäätöä.

Nyt tutkijat päätyivät käyttämään yhden suuren kiteen sijaan joukkoa mini-kiteitä, joiden yksittäiset kideakselit osoittavat satunnaisiin suuntiin. Monien minikiteiden joukossa on aina niitäkin. jotka suuntaavat valon suotuisasti ja kun temppuun lisätään sopiva resonanssi, saadaan aikaan tehokas toiminta.

Taajuuden kaksinkertaistuminen vähemmän järjestyneistä nanokiteistä tehtyjen nanokokoisten pallojen kanssa toimii riippumatta tulevan valon suunnasta ja laajalla taajuuksien alueella.

Tämä tekee siitä paljon monipuolisemman kuin taajuuksien kaksinkertaistaminen tavanomaisilla kiteillä”, tutkimusta johtanut Romolo Savo selittää. Lisäksi valon taajuuden kaksinkertaistuminen saadaan 70% vähemmällä materiaalimäärällä. Toisin kuin tavalliset kiteet, joiden valosaanto lakkaa kasvamasta tietyn koon yli, se jatkoi kasvuaan mikropallojen tilavuuden mukana.

Tutkijat ovat alkaneet miettiä mahdollisia sovelluksia. Mahdollisuus tuottaa korkean suorituskyvyn omaavia epälineaarisia kiteitä yksinkertaisesta ja edullisesta nanokiteisestä jauheesta on mielenkiintoinen esimerkiksi lasertekniikoille.

On myös mahdollista levittää mikropalloja suurille alueille. Tämä voi johtaa uudentyyppiseen näyttöön, joka muuntaa infrapuna-alueen kuvat suoraan näkyviksi kuviksi taajuuden kaksinkertaistamisella. Tällaisia näyttöjä voitaisiin sitten käyttää turvallisuus- ja biotieteellisiin sovelluksien kameroissa.

National Institute of Standards and Technology (NIST) ja Marylandin yliopisto tutkijat ovat puolestaan kehittäneet mikrosirulle sopivan tekniikan, joka voi muuntaa lähi-infrapunaisen laservalon mihin tahansa näkyvistä laserväreistä, mukaan lukien punainen, oranssi, keltainen ja vihreä.

Tällaisten lasereiden rakentaminen mikrosiruille tarjoaa edullisen tavan integroida laserit optisiin kelloihin ja kvanttiviestintäjärjestelmiin tarvittaviin pieniin optisiin piireihin.

Menetelmän pienentämisen perustana käytettiin lähi-infrapuna-laservalon mikroresonaattoria, joka on valmistettu piisirulle.

"Lähestymistapamme etu on, että mihin tahansa näistä aallonpituuksista pääsee vain säätämällä mikroresonaattoriemme mittoja", Kartik Srinivasan toteaa tutkimuslaitoksensa tiedotteessa.

Aiheista aiemmin:

Valoa vangiten ja suunnaten

Lasereita piisirulle ja hiukkaskiihdyttimiin