Organiske hvirvellasere kan bruges i fremtidige 3D-skærme

Forskere har udviklet en ny type organisk vortexlaser, som er en laser, der udsender en spiralformet lysstråle. I fremtiden, miniature-arrays af disse vortex-lasere, hver med en lidt anderledes spiralform, kan bruges i applikationer såsom 3D TV-skærme, mikroskopi, og som informationsbærere til kommunikation med synligt lys.

Forskerne, ledet af Ifor D. W. Samuel ved University of St. Andrews og Thomas F. Krauss ved University of York, både i Storbritannien, har udgivet et papir om de organiske hvirvellasere i et nyligt nummer af ACS Nano .

"Laser arrays er blevet demonstreret før, men ikke med en sådan kontrol over stråleformen, " fortalte Krauss Phys.org . "Vores tilgang giver os mulighed for at lave hvirvelstråler med kontrolleret topologisk ladning. Vi kan lave luftige stråler eller Bessel-stråler. Tilsvarende, metaoverflader, der genererer sådanne skræddersyede stråler, er blevet demonstreret før, men de har været passive elementer, ikke aktive lasere."

Tidligere, vortex laserstråler er blevet genereret ved at tage en laser og bruge separate optiske komponenter til at forme strålen, resulterer i store bjælker. De nye vortexlasere, der er demonstreret her, har et nanostruktureret forstærkningsmedium, der genererer hvirvelstrålen direkte. Det betyder, at det kan skaleres ned til miniaturebjælker, som derefter kan arrangeres i et array. Den miniaturiserede version forventes at være meget mere nyttig til praktiske anvendelser.

For at generere spiralformede lysstråler, forskerne designede et optisk gitter bestående af en arkimedesk spiral. Når lyset passerer gennem gitteret, den kommer frem som en spiralformet stråle. Ved at styre dimensionerne af spiralgitteret, det er muligt at styre lysstrålens egenskaber.

Den vigtigste måde at gøre dette på er ved at kontrollere antallet af "arme", som den arkimedeiske spiral har. Antallet af arme er lig med lysstrålens topologiske ladning, som er antallet af drejninger lysstrålen laver i en bølgelængde. Så jo større antal arme, jo strammere er lysstrålens helix. Her, forskerne demonstrerede arkimedeiske spiralgitre med mellem nul (ingen drejning) og tre arme.

Denne nye metode til generering af hvirvellasere har fordele i forhold til tidligere metoder, idet strålerne kan genereres i et enkelt trin og af et enkelt optisk element (gitteret). Med disse fordele, forskerne forventer, at resultaterne vil bane vejen for at implementere vortex-lasere i en række forskellige applikationer.

"Min største interesse er organiske halvledere, som simpelthen kan mønstres for at lave enheder som denne, sagde Samuel, hvis gruppe leverede det organiske halvlederforstærkningsmateriale og udførte målingerne. "Et langsigtet mål er at fremstille sådanne lasere elektriske, snarere end optisk, drevet. Et nærmere mål er at bruge sådanne lasere til at detektere eksplosive dampe."

Krauss, hvis gruppe designede de nanostrukturer, der blev brugt i undersøgelsen, er især interesseret i displays og mikroskopiapplikationer.

"I skærme, du kan bruge de forskellige vortex-rækkefølger til at multiplekse information - f.eks. at projicere flere billeder på én gang, " sagde han. "Hvirvelstråler er af interesse i mikroskopi, så man kan forestille sig en række sådanne stråler til massivt parallel mikroskopi."

© 2018 Phys.org