Kaksoislöytö plasmonisille nanolasereille

Itä-Suomen yliopiston tutkijat ovat löytäneet kaksi toisiaan täydentävää mekanismia, jotka säätelevät koherenssia miniatyrisoiduissa lasereissa, jotka koostuvat metallisista nanopartikkeliryhmistä ja optisesta vahvistusmateriaalista. Näitä lasereita kutsutaan myös plasmonisiksi hilalasereiksi.

Yhdessä tutkimuksessa he osoittivat, että nämä nanorakenteet voivat tuottaa vaihelukittua ultranopeita laserpulssimodulaatioita useiden lasermoodien synkronoinnin avulla. Toisessa tutkimuksessa he osoittivat, että eri topologioita ja polarisaatioita omaavia lasermoodia tukevat rakenteet voivat ylläpitää itsenäisiä kanavia ilman keskinäistä koherenssia.

Yhdessä nämä löydökset luovat yhtenäisen fysikaalisen kuvan koherenssin muodostumisesta plasmonisissa lasereissa ja tarjoavat uusia suunnitteluperiaatteita nanoskaalan fotonisille laitteille.

Tutkimukset yhdistävät myös plasmonisen nanolaseroinnin topologisen fotoniikan käsitteisiin. Fotonisissa järjestelmissä topologia tarjoaa tavan luoda valon yksisuuntaista etenemistä samalla tavalla kuin sähködiodeissa ja luokitella laserointimoodit erillisiin luokkiin, mukaan lukien topologisesti triviaalit ja ei-triviaalit tilat.

Laser & Photonics Reviews- ja ACS Nanossa julkaistut tutkimukset paljastavat, miten laserointimoodien topologia ja polarisaatio voivat vaikuttaa siihen, synkronoituvatko eri moodit vai pysyvätkö ne itsenäisinä. Työ edistää plasmonisen laseroinnin perusymmärrystä ja avaa uusia mahdollisuuksia sovelluksille sirumittakaavan ultranopeista valonlähteistä matalan ylikuulumisen fotoniteknologioihin.

Löydökset mahdollistavat monimuotoisten plasmonisten nanolasereiden rationaalisen suunnittelun sovelluksiin, jotka vaihtelevat ultranopeasta pulssien generoinnista optiseen tiedonkäsittelyyn, sensorointiin ja tietoliikenteeseen.

”Plasmonisten nanolasereiden koherenssi ei ole pelkästään sattumanvarainen ominaisuus; se on jotain, mitä voimme muokata suunnittelun avulla”, sanoo tutkimusta johtanut professori Tommi Hakala . ”Suunnittelemalla nanorakenteita, joilla on tietyt mooditopologiat ja polarisaatiot, voimme toteuttaa joko ultranopean moodilukitun pulssimodulaation tai itsenäiset laserointikanavat. Nämä tutkimukset osoittavat, kuinka nanoskaalan lasereiden koherenssiominaisuuksia voidaan hallita niiden taustalla olevien fyysisten ominaisuuksien avulla.”

Aiheesta aiemmin:

Mikroskooppinen nanolaser

Pystysuuntaisia lasereita mikropiireille tulostaen

Hallita nanolasereita magneettikentän avulla