Et strejf af guld forbedrer mikrolasere

Guld. Ordet tænker på vielsesringe, begravet skat og Californien i 1840'erne. Men når guld reduceres til 1/100, 000 på størrelse med et menneskehår, det får en helt ny personlighed.

Ved at fastgøre guld nanopartikler til overfladen af ​​en mikrolaser, forskere ved USC Viterbi School of Engineering demonstrerede en frekvenskam, der fylder mindre og kræver 1000 gange mindre strøm end den nuværende kamteknologi.

En frekvenskam er en enhed, der kan skabe en regnbue af lys fra en enkelt farve. Disse enheder er blevet brugt til at forbedre cybersikkerhed, påvisning af giftige kemikalier, og GPS. Imidlertid, disse industrikamme genereres ved hjælp af store systemer, der kræver watt inputeffekt. For at oprette mindre systemer, der kan muliggøre private eller bærbare applikationer, effektkravene til bølgelængdegenerering og enhedens størrelse skal reduceres betydeligt.

Forskerteamet ledet af Andrea Armani, en professor i Mork Family Department of Chemical Engineering and Materials Science, har vist frekvenskamme, der kun kræver milliwatt indgangseffekt ved at fastgøre guldnanoroder på overfladen af ​​en enkelt mikrolaser. Interaktionen mellem lyset fra mikrolaser og guldpartiklerne resulterer i, at der genereres mange yderligere bølgelængder. Denne proces forbedres yderligere ved en polymercoating på nanopartiklerne. Strømreduktionen reducerer systemets fodaftryk og tager teknologien fra laboratoriet til virkelige applikationer, hvor både strømforbrug og størrelse er vigtige.

"Disse resultater er eksempler på, hvad der kan ske, hvis forskere fra forskellige felter arbejder sammen om et grundlæggende videnskabeligt problem, der har anvendt forskningseffekt, "sagde Armani, Ray Irani -stolen i teknik og materialevidenskab, hvis laboratorium er en del af det nye USC Michelson Center for Convergent Bioscience.

"Ved at kombinere ekspertise inden for optik og i nanomaterialer, Vi gjorde usædvanligt hurtige fremskridt, der udfordrede og modbeviste den konventionelle tanke på området, at guldnanopartikler ville være skadelige for laseren. "

Medlederforfatter Vinh Diep beskriver projektet som at bruge innovationer inden for nanomaterialer til at løse et integreret optikproblem.

"Guldnanorodernes rolle er at øge intensiteten af ​​det lys, der cirkulerer i enheden, "Diep sagde." Lyset med højere intensitet kan derefter interagere med organiske molekyler på guldets overflade for at generere andre bølgelængder af lys. Denne kombinerede effekt gør det muligt for kamgenerationen at starte med en meget lavere effekt end den traditionelle pulserende laser-tilgang. "

Diep, en materialevidenskab ph.d. -studerende, forklaret, at en frekvenskam, der indeholder talrige emissionsbølgelængder over et stort bølgelængdeinterval, er fordelagtig. Ved at bruge guld nanorod belægning, forskergruppen observerede en kam, der kan spænde over et bølgelængdeområde på 300 nanometer. Uden guldnanoroderne, en kam kunne ikke genereres med samme effekt.

Demonstration af et stort område viser enhedens stærke potentiale for applikationer til udvikling af et bærbart kemisk spektroskopisystem, hvor det kemiske signal kun forekommer ved en bestemt bølgelængde, og nøjagtigheden afhænger af lyskilden.

Undersøgelsen blev ledet af Vinh Diep og Rigoberto Castro-Beltrán, en USC-Conacyt Scholar ved University of Guanajuato. Yderligere involverede ingeniørforskere var medstuderende Soheil Soltani og postdoktor Eda Gungor. Undersøgelsen er blevet accepteret til offentliggørelse i ACS Photonics .