Kemisk behandling forbedrer kvantepunktlasere

En af hemmelighederne bag at få bittesmå laserenheder såsom øjenkirurgiske skalpeller til at fungere endnu mere effektivt, er brugen af ​​bittesmå halvlederpartikler, kaldet kvanteprikker. I ny forskning ved Los Alamos National Laboratory's Nanotech Team, de ~ nanometerstore prikker er ved at blive skrabet, eller "dopet, "med yderligere elektroner, en behandling, der skubber prikkerne stadig tættere på at producere det ønskede laserlys med mindre stimulering og energitab.

"Når vi skræddersyer sammensætningsprofilen i partiklerne korrekt under deres fremstilling, og derefter injicere to eller flere elektroner i hver prik, de bliver mere i stand til at udsende laserlys. Vigtigt, de kræver betydeligt mindre kraft til at igangsætte laserhandlingen, " sagde Victor Klimov, leder af Nanotech-teamet.

For at tvinge et materiale til at udsende laserlys er man nødt til at arbejde hen imod en "befolkningsinversion, " det er, at få antallet af elektroner i en elektronisk tilstand med højere energi til at overstige antallet, der er i en tilstand med lavere energi. For at opnå denne tilstand normalt, man anvender en ekstern stimulus (optisk eller elektrisk) af en bestemt effekt, som bør overskride en kritisk værdi kaldet "optisk forstærkningstærskel". I et nyligt paradigmeskiftende fremskridt, Los Alamos-forskere viste, at ved at tilføje ekstra elektroner i deres specialdesignede kvanteprikker, de kan reducere denne tærskel til praktisk talt nul.

Et standard lasermateriale, når det stimuleres af en pumpe, absorberer lys i et stykke tid, før det begynder at sive. På vej til lasering, materialet går gennem tilstanden "optisk gennemsigtighed", når lyset hverken absorberes eller forstærkes. Ved at tilføje ekstra afgiftsbærere til deres kvanteprikker, Los Alamos-forskerne var i stand til at blokere absorption og skabe en tilstand af gennemsigtighed uden ekstern stimulation. Dette indebærer, at selv ekstremt svag pumpning nu kan initiere laserende emission.

En anden vigtig ingrediens i denne forskning er en ny type kvanteprikker med deres indre designet til at opretholde den laseraktive tilstand i meget længere tid end standardpartikler gør. Normalt, tilstedeværelsen af ​​ekstra elektroner ville undertrykke lasering, fordi kvantepunktenergi frigives hurtigt, ikke som en fotonstrøm, men som spildvarme. Det nye Los Alamos-partikeldesign eliminerer disse parasitære tab, omdirigere partiklernes energi ind i emissionskanalen. "Disse undersøgelser åbner spændende muligheder for at realisere nye typer af lavtærskel laserenheder, der kan fremstilles ud fra løsninger ved hjælp af en række forskellige substrater og optiske kavitetsdesign til applikationer lige fra fiberoptik og storskala lasersystemer til laserbelysning og lab-on -a-chip sensing teknologier, " sagde Klimov.

Forskningen er beskrevet i tidsskriftet Natur nanoteknologi denne uge.