Uusia ja ikivanhoja ideoita mikrolasereille

Technical University of Denmarkin (DTU) tutkijat ovat osoittaneet, että uudentyyppisellä mikroskooppisella Fano-laserilla on perustavanlaatuisia etuja verrattuna muihin lasereihin.

Nykyisiä laserrakenteita ei voida pienentää seuraavan sukupolven integroitujen laitteiden mittoihin.

DTU:n nanofotoniikan tieteilijät kehittivät vain yhden peilin ja toisen peilin Fano-resonanssilla korvaavan Fano-laserin vuonna 2017. Nyt he ovat osoittaneet, että Fano-laserin koherenssia voidaan parantaa merkittävästi verrattuna olemassa oleviin mikroskooppisiin lasereihin.

Professori Jesper Mørk selittää: ”Muutaman mikronin kokoinen laser toimii Fano-resonanssin indusoimana epätavallisessa optisessa tilassa, niin sanotussa sidotun tilan jatkuvuudessa.

"Havainto on hieman yllättävä", lisää vanhempi tutkija Yi Yu, "koska jatkuvassa tilassa oleva tila on paljon heikompi kuin lasereissa yleisesti käytetyt tilat. Osoitamme paperissamme sekä kokeellisesti että teoreettisesti, että tämän uuden tilan erityispiirteitä voidaan hyödyntää.”

Kehitetyn tekniikan avulla voidaan toteuttaa pieniä, nanometrien kokoisia aktiivisia materiaalialueita, joissa valoa syntyy, kun taas muu osa laserrakennetta on passiivinen. Fano-resonanssin fysiikka yhdistettynä tähän tekniikkaan mahdollistaa lopulta kvanttikohinan vaimennuksen, mikä johtaa korkeimpaan mitattuun koherenssiin mikroskooppisilla lasereilla.

Tämä uusi havainto voi johtaa Fano-laserien käyttöön integroiduissa elektroniikka-fotoniikkapiireissä, erityisesti uuden sukupolven nopeissa tietokoneissa ja -piireissä.

Myös Australian National Universityn (ANU) fyysikot ovat kehittäneet erittäin tehokkaita mikroskooppisia lasereita, jotka ovat jopa pienempiä kuin niiden tuottama valon aallonpituus.

Johtavan tutkijan Juri Kivsharin mukaan hänen tiiminsä kehittämät nanolaserit lupaavat olevan jopa tehokkaampia kuin olemassa olevat laserit, jolloin ne voivat olla hyödyllisiä pienemmissä laitteissa.

"Ne voidaan myös integroida sirulle", professori Kivshari toteaa. "Ne voidaan esimerkiksi asentaa myös suoraan optisen kuidun kärkeen valaisemaan tai operoimaan tiettyä kohtaa ihmiskehon sisällä.

Perinteisten peilikaviteetin sijasta tutkimusryhmä loi superkaviteetin, joka hyödyntää jatkuvuuden supersidottuja tiloja energiaa vangitessaan ja estäen sitä karkaamasta. Loukkuun jäänyt valoenergia muodostuu vahvaksi ja hyvin muotoilluksi laseriksi.

Kyseinen temppu voittaa nanolaserin tunnetuimman haasteen eli energiavuodon. Kynnys lasersäteilyn aloittamiseen oli noin 50 kertaa pienempi kuin minkään aiemmin raportoidun nanolaserin.

Professori Kivshar sanoi, että uusi laser perustuu lähes 100 vuotta sitten tehtyyn kvanttimekaaniseen löytöön. "Tämän matemaattisen ratkaisun julkaisivat Wigner ja von Neumann vuonna 1929 paperissa, joka näytti tuolloin hyvin oudolta - sitä ei selitetty moniin vuosiin", professori Kivshar ihmettelee.

Aiheesta aiemmin:

Fononilaser

Pyörrevalolla vauhtia tiedonsiirtoon

Laseronteloille uusia muotoja ja toimintoja