Nyt fænomen opdaget, der løser et almindeligt problem i lasere:Bølgelængdesplitning

Et team ledet af University of Utah fysikere har opdaget, hvordan man løser et stort problem, der opstår i lasere fremstillet af en ny type materiale kaldet kvantepunkter. Det aldrig før sete fænomen vil være vigtigt for et voksende felt inden for fotonisk forskning, herunder en dag at lave mikrochips, der koder information ved hjælp af lys i stedet for elektroner.

Undersøgelsen offentliggjort den 4. februar, 2019, i journalen Naturkommunikation .

Lasere er enheder, der forstærker lys, producerer ofte en enkelt, smal lysstråle. Strålens styrke afhænger af det materiale, som laseren blev bygget med; lys passerer gennem materialet, som producerer en stråle lavet af lysbølger alle med lignende bølgelængder, koncentrerer meget energi til et lille område. Denne materielle egenskab for at kunne forstærke strålens energi kaldes "forstærkning".

Mange forskere bygger lasere med kvanteprikker. Quantum dots er små krystaller af halvledermaterialer, der vokser til størrelser på kun cirka 100-atomer på tværs. Krystallernes størrelse bestemmer lysstrålens bølgelængde, fra blåt lys til rødt lys og endda ind i det infrarøde.

Folk er interesserede i quantum dot lasere, fordi de kan indstille egenskaber ved blot at dyrke krystallerne i forskellige størrelser ved at bruge forskellige halvledende materialer og vælge forskellige former og størrelser på laserne. Ulempen er, at quantum dot lasere ofte indeholder minimale defekter, der opdeler lyset i flere bølgelængder, som fordeler strålens energi og gør den mindre kraftfuld. Ideelt set, du vil have laseren til at koncentrere effekten til en bølgelængde.

Den nye undersøgelse søgte at rette op på denne defekt. Først, samarbejdspartnere fra Georgia Institute of Technology lavede 50 mikroskopiske diskformede quantum dot-lasere ud af cadmiumselenid. U -teamet viste derefter, at næsten alle de individuelle lasere havde defekter, der splittede bølgelængderne af stråler.

Forskerne koblede derefter to lasere sammen for at korrigere bølgelængden. De satte en laser med fuld forstærkning, som beskriver den maksimale energimængde. For at opnå fuld gevinst, forskerne skinnede grønt lys, kaldet "pumpe" lys, på den første laser. Quantum dot-materialet absorberede lyset og udsendte en kraftigere stråle af rødt lys igen. Jo stærkere det grønne lys skinnede på laseren, jo højere gevinst i energi. Når den anden laser ikke havde nogen forstærkning, forskellen mellem de to lasere forhindrede enhver interaktion, og splittelse forekom stadig. Imidlertid, da holdet skinnede grønt lys på den anden laser, dens gevinst steg, lukker forstærkningsforskellen mellem de to lasere. Når gevinsten i de to lasere blev ens, korrigerede interaktionen mellem de to lasere splittelsen og fokuserede energien til en enkelt bølgelængde. Det er første gang, nogen har observeret dette fænomen.

Resultaterne har konsekvenser for et nyt felt, kaldet optik- og fotonikforskning. I de sidste 30 år har forskere har eksperimenteret med at bruge lys til at bære information, frem for elektroner, der bruges i traditionel elektronik. For eksempel, frem for at lægge masser af elektroner på en mikrochip for at få en computer til at køre, nogle forestiller sig at bruge lys i stedet. Lasere ville være en stor del af det, og den korrekte bølgelængdespaltning kan give en betydelig fordel ved at kontrollere information gennem lys. Det kan også være en stor fordel at bruge materialer såsom kvantepunkter på dette område.

"Det er ikke umuligt, at nogen kunne lave en defektfri laser med kvantepunkter, men det ville være dyrt og tidskrævende. Sammenlignet med, koblingen er hurtigere, mere fleksibel, omkostningseffektiv måde at løse problemet på, "sagde Evan Lafalce, forskningsassistent i fysik og astronomi ved U og hovedforfatter af undersøgelsen. "Dette er et trick, så vi ikke behøver at lave perfekte quantum dot -lasere."