Tehokkaita sirukokoisia näkyvän valon lasereita

Columbia Engineeringin Lipson Nanophotonics Groupin tutkijat ovat luoneet pienikokoisia näkyvän valon lasereita, joiden värit ovat erittäin puhtaat lähes ultraviolettisäteilystä lähi-infrapunasäteilyyn.

Lasereiden värit voidaan virittää tarkasti ja erittäin nopeasti – jopa 267 petahertsiä sekunnissa, mikä on kriittistä sovelluksissa, kuten kvanttioptiikassa.

Tiimi on ensimmäinen, joka esittelee sirukokoisiakapean viivanleveyden ja viritettäviä lasereita punaisen alapuolella olevan valon väreille – vihreä, syaani, sininen ja violetti. Näillä edullisilla lasereilla on myös pienin jalanjälki ja lyhin aallonpituus (404 nm) kaikista viritettävästä ja kapealla viivanleveydestä integroidusta laserista, joka emittoi näkyvää valoa.

"Tässä työssä on jännittävää, että olemme käyttäneet integroidun fotoniikan voimaa murtaaksemme nykyisen paradigman, jonka mukaan tehokkaiden näkyvien lasereiden on oltava työpöydällä ja maksavat kymmeniä tuhansia dollareita", sanoo tohtoriopiskelija Mateus Corato Zanarella.

"Tähän asti on ollut mahdotonta kutistaa ja massoittain hyödyntää teknologioita, jotka edellyttävät viritettävää ja kapeaa viivanleveyttä näkyvää laseria. Merkittävä esimerkki on kvanttioptiikka, joka vaatii usean värin korkean suorituskyvyn lasereita yhdessä järjestelmässä. Odotamme, että löytömme mahdollistavat täysin integroidut näkyvän valon järjestelmät olemassa oleville ja uusille teknologioille.

Punaista lyhyempiä aallonpituuksia lähettävien lasereiden merkitys on selvä, kun tarkastellaan joitain tärkeitä sovelluksia. Esimerkiksi näytöt vaativat punaista, vihreää ja sinistä valoa samanaikaisesti minkä tahansa värin muodostamiseksi. Kvanttioptiikassa vihreitä, sinisiä ja violetteja lasereita käytetään atomien ja ionien vangitsemiseen ja jäähdyttämiseen.

Vedenalaisessa Lidarissa (valontunnistus ja etäisyys) tarvitaan vihreää tai sinistä valoa veden imeytymisen estämiseksi. Kuitenkin punaista lyhyemmillä aallonpituuksilla fotonisten integroitujen piirien kytkentä- ja etenemishäviöt kasvavat merkittävästi, mikä on estänyt tehokkaiden lasereiden toteutumisen näillä väreillä.

Tutkijat ratkaisivat kytkentähäviöongelman valitsemalla valonlähteiksi Fabry-Perot (FP) -diodit, mikä minimoi häviöiden vaikutuksen sirumittakaavan lasereiden suorituskykyyn.

Tutkijat ovat jättäneet väliaikaisen patentin teknologialleen ja tutkivat nyt, kuinka laserit voidaan pakata optisesti ja sähköisesti, jotta ne voidaan muuttaa itsenäisiksi yksiköiksi ja käyttää niitä lähteinä sirutason näkyvän valon moottoreissa, kvanttikokeissa ja optisissa kelloissa.

Hän lisäsi: "Integroitu fotoniikka on jännittävä ala, joka todella mullistaa maailmamme, optisesta televiestinnästä kvantti-informaatioon ja biosensorointiin."

Aiheesta aiemmin:

Lasereita piisirulle ja hiukkaskiihdyttimiin