Uudet pienet laserit täyttävät vihreän aukon

Tiedemiehet ovat vuosien ajan valmistaneet pieniä, korkealaatuisia lasereita, jotka tuottavat punaista ja sinistä valoa. Heidän tyypillisesti käyttämänsä menetelmä - sähkövirran injektoimisen puolijohteisiin - ei kuitenkaan ole toiminut yhtä hyvin pienten lasereiden rakentamisessa, jotka emittoivat valoa keltaisilla ja vihreillä aallonpituuksilla.

Tutkijat kutsuvat "vihreäksi aukoksi" vakaiden, miniatyyrilaserien puutetta tällä näkyvän valon spektrin alueella. Tämän aukon täyttäminen avaa uusia mahdollisuuksia vedenalaiseen viestintään, lääketieteellisiin hoitoihin ja kvanttilaskennassa tallentamaan dataa kubitteihin.

Vihreitä laserosoittimia on ollut olemassa 25 vuotta, mutta ne tuottavat valoa vain kapeassa kirjossa vihreää, eikä niitä ole integroitu siruihin, joissa ne voisivat toimia yhdessä muiden laitteiden kanssa hyödyllisten tehtävien suorittamiseksi.

Nyt National Institute of Standards and Technology (NIST) tutkijat ovat sulkeneet vihreän aukon muokkaamalla pientä optista komponenttia: renkaan muotoista mikroresonaattoria, joka on tarpeeksi pieni mahtumaan sirulle.

NIST:n Kartik Srinivasanin ja NIST:n ja Marylandin yliopiston välisen tutkimuskumppanuuden Joint Quantum Instituten (JQI) johtama ryhmä on useiden vuosien ajan käyttänyt piinitridistä koostuvia mikroresonaattoreita infrapunalaservalon muuntamiseksi muihin väreihin.

Aiemmissa tutkimuksissa tutkijat tuottivat muutaman yksittäisen värin näkyvän laservalon. Riippuen mikroresonaattorin mitoista, jotka määrittävät syntyvän valon värit, tutkijat tuottivat punaisen, oranssin ja keltaisen aallonpituuden sekä 560 nanometrin aallonpituuden aivan keltaisen ja vihreän valon välisellä reunalla. Tiimi ei kuitenkaan pystynyt luomaan täyttä keltaista ja vihreää väriä, joita tarvitaan vihreän aukon täyttämiseen.

"Emme halunneet olla hyviä osumaan vain pariin aallonpituuteen", sanoi NIST-tutkija Yi Sun, uuden tutkimuksen yhteistyökumppani. "Halusimme päästä käsiksi aukon koko aallonpituusalueelle."

Täyttääkseen aukon tiimi muokkasi mikroresonaattoria kahdella tavalla. Ensinnäkin tutkijat paksunsivat sitä hieman. Muuttamalla sen mittoja tutkijat tuottivat helpommin valoa, joka tunkeutui syvemmälle vihreään aukkoon, jopa 532 nanometrin (metrin miljardisosaan) aallonpituuksille. Tällä laajennetulla alueella tutkijat peittivät koko aukon.

Tutkijat pystyivät luomaan yli 150 erillistä aallonpituutta vihreän aukon poikki ja hienosäätämään niitä. "Aiemmin saatoimme tehdä suuria muutoksia - punaisesta oranssista keltaiseen vihreään - laserväreihin, jotka pystyimme luomaan OPO:lla, mutta oli vaikea tehdä pieniä muutoksia kussakin näistä värialueista", Srinivasan huomautti.

Tiedemiehet työskentelevät nyt parantaakseen energiatehokkuutta, jolla he tuottavat vihreän aukon laservärejä. Tällä hetkellä lähtöteho on vain muutama prosentti tulolaserin tehosta. Parempi kytkentä tulolaserin ja valon mikroresonaattoriin kanavoivan aaltoputken välillä sekä paremmat menetelmät syntyneen valon poistamiseksi voisivat parantaa merkittävästi tehokkuutta.

Aiheesta aiemmin:

Erittäin nopeat laserit erittäin pienillä siruilla

Tehokkaita sirukokoisia näkyvän valon lasereita

Uusia ja ikivanhoja ideoita mikrolasereille