Quantum dot ring lasere udsender farvet lys

Forskere har designet en ny type laser kaldet en quantum dot ring laser, der udsender rødt, orange, og grønt lys. De forskellige farver udsendes fra forskellige dele af kvanteprikken - rød fra kernen, grøn fra skallen, og orange fra en kombination af begge - og kan nemt skiftes ved at kontrollere konkurrencen mellem lysudsendelse fra kernen og skallen.

Forskerne, Boris le Feber, Færge Prins, Eva De Leo, Freddy T. Rabouw, og David J. Norris, på ETH Zürich, Schweiz, har udgivet et papir om de nye lasere i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

Arbejdet demonstrerer de interessante effekter, der er mulige med lasere baseret på kvanteprikker, som er krystalkugler i nanostørrelse lavet af halvledende materialer. I disse lasere, kvanteprikkerne er ofte belagt med skaller af et andet materiale. Når den er oplyst, skallerne udsender ikke kun deres eget lys, men de kanaliserer også fotoexciterede bærere (excitoner) til kernerne af kvanteprikkerne, hvilket forbedrer laserens kernelysemission.

For at lave kvantepunktlasere, der kan skifte mellem at udsende lys fra kun kernerne eller kun skallerne, forskerne designet et særligt laserhulrum, som er den centrale del af laseren, der er ansvarlig for at begrænse og reflektere lys, indtil det bliver meget sammenhængende. Selvom kvantepunktlasere er blevet forsket i vid udstrækning, effekten af ​​laserhulrummet på kvantepunktlaserens ydeevne har været stort set uudforsket indtil nu.

I den nye undersøgelse, forskerne fremstillede laserkaviteter af høj kvalitet lavet af rækker af højt strukturerede kvantepunktringe. De resulterende lasere udviser meget høje kavitetskvalitetsfaktorer - næsten en størrelsesorden højere end dem for typiske kvantepriklasere, som normalt har tilfældige hulrum.

"Vi var i stand til at demonstrere en enkel fremstillingstilgang, der førte til ringhulrum af høj kvalitet, der gjorde det muligt for os at udforske denne 'farveskifte'-adfærd i en kvantepunktlaser, "Norris, Professor i materialeteknik ved ETH Zürich, fortalte Phys.org . "I hulrum af dårlig kvalitet er det usandsynligt, at vi ville have været i stand til at observere denne effekt."

Forskerne viste, at ved lav effekt, de nye lasere udsender rødt lys fra deres kerner, hvorimod ved højere magter, de udsender grønt lys fra skallerne. Ved mellemliggende beføjelser, lyset kommer fra både kernen og skallen, og så ser orange ud. Som forskerne forklarer, det er muligt fuldstændig at kvæle kerneemission, fordi kerneemissionen finder sted på et picosekund tidsskala, mens shell-emission forekommer på en subpicosecond-tidsskala og kan derfor i høj grad overstige kerne-emission, så længe lasereffekten er tilstrækkelig høj.

I fremtiden, de unikke egenskaber ved quantum dot ringlaserne kan føre til applikationer i laserskærme, kemisk sansning, og andre områder. Men før disse applikationer kan realiseres, forskerne planlægger at forbedre laserens ydeevne yderligere.

"Vi demonstrerer" farveomskiftning "-effekten i dette arbejde, men farveændringen sker ved meget høje kræfter, " sagde Norris. "Yderligere forskning er påkrævet for at se, om den samme effekt kan forekomme ved mere fornuftige kræfter. Dette ville være nyttigt til applikationer. Heldigvis, kvantepunkter fortsætter med at forbedre sig (hvad angår deres ydeevne for lasere), og vi kan straks anvende disse forbedringer på vores enheder."

© 2018 Phys.org