Mikroskooppinen nanolaser

DTU:n tutkijat ovat kehittäneet uraauurtavan nanolaserin, joka tarjoaa mahdollisuuden sijoittaa tuhansia uudenlaisia lasereita yhdelle mikrosirulle, mikä avaa digitaalisen tulevaisuuden, jossa dataa ei enää siirrellä sähköisten signaalien vaan fotonien avulla.

”Nanolaserin ansiosta on mahdollista luoda uuden sukupolven komponentteja, jotka yhdistävät korkean suorituskyvyn minimaaliseen kokoon. Tämä voisi olla mahdollista esimerkiksi tietotekniikassa, jossa erittäin pienet ja energiatehokkaat laserit voivat vähentää tietokoneiden energiankulutusta, tai terveydenhuoltoalan antureiden kehittämisessä, jossa nanolaserin äärimmäinen valopitoisuus voi tuottaa korkean resoluution kuvia ja ultraherkkiä biosensoreita”, sanoo DTU:n professori Jesper Mørk.

Nanolaser kehitettiin DTU:n puhdastilassa, DTU Nanolabissa, ja Jesper Mørkin mukaan se rikkoo perinteiset rajat siitä kuinka pieniä laserit voivat olla. Laser perustuu valoa vangitsevaan rakenteeseen – nano-onteloon – joka keskittää valon erittäin voimakkaasti niin pienelle alueelle, että tällaisia rakenteita pidettiin aiemmin mahdottomina.

Kun tutkijat valaisevat laseria valonsäteellä, sekä valo että elektronit kerääntyvät mikroskooppiselle alueelle. Tämä mahdollistaa laserin toiminnan huoneenlämmössä epätavallisen alhaisella energiankulutuksella.

DTU:n tutkijoiden valoa vangitsevan rakenteen suunnitteli alun perin professori Ole Sigmundin ryhmä DTU Constructista.

Tutkimustyössään tanskalaistutkijat demonstroivat nanokaviteetin, jossa sekä fotonit että elektronit ovat äärimmäisen dielektrisen rajoittumisen (EDC extreme dielectric confinement) alaisena.

Edelleen havaittiin, että optisen kentän paikalliseen lokalisointiin käytetty mekanismi keskittää myös virittyneiden elektronien jakautumisen.

Tämä rinnakkaislokalisaatio yhdistettynä korkeaan vahvistukseen ja ontelon Q -kertoimeen parantaa voimakkaasti valon ja aineen välistä vuorovaikutusta. Se mahdollistaa nanolaserin toteuttamisen, jonka mooditilavuus on diffraktiorajan alapuolella ja jonka kynnysarvo on erittäin matala ja joka toimii huoneenlämmössä jatkuvalla aallolla pumppaamalla.

Jos kehitettyä nanolaseria voidaan tulevaisuudessa käyttää sähköisesti – ja se on seuraava suuri haaste tutkimuksessa – se voisi mullistaa laajan valikoiman teknologioita.

Tutkijoiden arvioiden mukaan viimeiset tekniset haasteet voidaan ratkaista seuraavan 5–10 vuoden kuluessa.

Aiheesta aiemmin:

Hallita nanolasereita magneettikentän avulla

Uusia ja ikivanhoja ideoita mikrolasereille

Sähköisiä nanolasereista mikropiireille