Fremskridt inden for lasere kommer til det lange og korte af det

Siden lasere først blev udviklet, efterspørgslen efter mere fleksible lasere er kun steget. Chirale nematiske flydende krystaller (CLC'er) er en ny klasse af laserenheder, der er klar til at forme, hvordan lasere bruges i fremtiden på grund af deres lave tærskler, let fremstilling, og evnen til at blive afstemt på tværs af bredere skår i det elektromagnetiske spektrum. Nyt arbejde om, hvordan man vælger båndkantstilstande i disse enheder, som bestemmer laserenergien, kan kaste lys over, hvordan fremtidens lasere vil blive tunet.

Laserhulrummene er dannet af en chiral nematisk flydende krystal doteret med et fluorescerende farvestof. Den flydende krystal skaber en fotonisk båndgab i laserhulen. Et internationalt team af forskere demonstrerede en teknik, der gør det muligt for laseren elektrisk at skifte emission mellem de lange og korte bølgelængdekanter af det fotoniske båndgab simpelthen ved at anvende en spænding på 20 V. De rapporterer deres arbejde i denne uge i Anvendt fysik bogstaver .

"Vores bidrag er at finde en måde at ændre orienteringen af ​​overgangsdipolmomentet for forstærkningsmediet [det fluorescerende farvestof] i CLC-strukturen og opnå tilstandsvalg mellem lange og korte bølgelængdekanter uden at indstille positionen af ​​det fotoniske båndgab , " sagde Chun-Ta Wang, en forfatter til papiret. "Vi demonstrerede også et polymerstabiliseret CLC-system, hvilket forbedrede laserens stabilitet, lasende ydeevne og tærskelspænding."

CLC-lasere arbejder gennem en samling flydende krystaller, der selvsamles til helixformede mønstre, som så fungerer som laserens hulrum. Disse spiraler er chirale, hvilket betyder at de proptrækker i samme retning, hvilket giver dem mulighed for at blive tunet over en bred vifte af bølgelængder. Mens mange lasere, som laserdioderne, der bruges i dvd-afspillere, er fastgjort til én farve, mange CLC -lasere kan indstilles til flere farver i det synlige lysspektrum og videre.

Ud over at indstille laserbølgelængden, et varmt område for undersøgelse er at finde forskellige måder at justere bølgelængden på ved at skifte lasertilstanden fra den ene kant af det fotoniske båndgab til den anden. Nogle forsøg hidtil har antydet, at det er muligt at skifte mellem lang- og kortbølgelængdekanterne.

Wangs teams arbejde viser, at denne tilstandskifte er mulig ved at anvende et jævnstrøm elektrisk felt på det fluorescerende farvestof, ændre sin ordensparameter uden at påvirke spektralpositionen for dens båndgap. Forskerne testede tre blandinger ved at variere forhold mellem flydende krystaller og farvestoffer og registrere deres laseroutput gennem fiberoptisk spektrometri.

De fandt ud af, at det var muligt for alle prøverne at skifte fra lasning ved den korte bølgelængdekant til lasning ved kanten af ​​den lange bølgelængde, et skift på næsten 40 nanometer, med så lidt som 20 volt. I øvrigt, en polymerstabiliseret plan CLC-prøve var i stand til at udnytte sin ekstra strukturelle stabilitet til reversibelt at skifte mellem de to tilstande og viste forbedret ydeevne og tærskelspænding.

"Der har været mange beregninger for, hvordan man opnår dette fænomen på dette område, men så vidt vi ved, dette er første gang det blev bevist eksperimentelt, "Sagde Wang.

Ser frem til, Wang sagde, at udbredt brug af CLC -lasere stadig er beregnet til fremtiden. I mellemtiden, han og hans team håber på at udvide vores forståelse af elektrisk assisteret båndkant-modevalg i andre typer fotoniske krystaller.