Elektrokemi til gavn for fotonik:nanorør kan styre laserimpulser

Et internationalt hold af forskere ledet af forskere fra Laboratory of Nanomaterials ved Skoltech Center for Photonics and Quantum Materials (CPQM) har vist, at den ikke-lineære optiske respons af kulstofnanorør kan kontrolleres ved elektrokemisk gating. Denne tilgang gjorde det muligt at designe en enhed til styring af laserpulsvarigheden. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i det prestigefyldte internationale tidsskrift Nano bogstaver .

Optiske fænomener, som vi møder i vores hverdag, såsom refleksion, brydning eller absorption af lys, ikke afhængig af intensiteten af ​​det indfaldende lys. Imidlertid, ved meget høje strålingsintensiteter, en ny klasse af fænomener opstår, som forårsager ændringer i brydningsindekset, selvfokusering af lys eller fremkomst af stråling ved nye bølgelængder. Disse og andre fænomener, der er afhængige af lysets intensitet, studeres af en del af fysikken kaldet ikke-lineær optik. Normalt, effektiviteten af ​​ikke-lineær optisk respons er materialets ufravigelige karakteristika bestemt af dets struktur.

Brug af nanomaterialer som et optisk ikke-lineært medium åbner nye perspektiver for ikke-linearitetskontrol takket være det faktum, at størstedelen af ​​dets atomer er udsat for overfladen. Dette gør det muligt at kontrollere et materiales elektroniske struktur og dermed ændre dets ikke-lineære optiske respons.

Skoltech-forskere i samarbejde med deres kolleger fra Fiber Optics Research Center i RAS, Novosibirsk State University og University of Warwick (UK) har foreslået en metode til at kontrollere den mættede absorption af kulstofnanorør ved hjælp af elektrokemisk gating. Mættelig absorption er en ikke-lineær optisk effekt, når absorptionskoefficienten falder med stigende effekt af indfaldende lys. Dermed, materialet bliver mere gennemsigtigt under intens laserstråling. "Vi viste, at størrelsen af ​​den ikke-lineære transparens kan kontrolleres ved at placere materialet i en elektrokemisk celle. Det har været kendt, at hvis den placeres i den elektrokemiske celle, nanorør kan akkumulere en betydelig mængde elektrisk ladning på deres overflade. Hvad der hidtil ikke har været kendt er, at ladningsakkumuleringen fører til en væsentlig ændring i materialets ikke-lineære optiske respons og, i særdeleshed, en reduktion i mættet absorption, " siger den første forfatter til undersøgelsen og seniorforsker ved Skoltech, Yuriy Gladush.

Også, forfatterne har undersøgt en af ​​de potentielle praktiske anvendelser af et materiale med en kontrolleret ikke-lineær respons. Mættebar absorption bruges i vid udstrækning i lasersystemer til at generere femtosekunds lysimpulser. Det eneste du skal gøre er at placere en mættelig absorber med givne parametre i laserhulrummet. "Vi antog, at lasergenereringsregimet kan kontrolleres ved at justere materialets ikke-lineære respons. For at gøre det, vi byggede en elektrokemisk celle med kulstof nanorør placeret på den optiske fiberoverflade og integrerede den i det fiberoptiske laserhulrum. Vi opdagede, at ved at påføre spænding til enheden, man kan skifte fra kontinuerlig lasergenereringsregime til pulseret regime i femtosekund- og mikrosekundområdet. Denne opfindelse baner vejen for universelle lasersystemer med en kontrollerbar pulsvarighed, der kan bruges til laserbehandling af materialer, laser kirurgi, og æstetisk medicin, " forklarer Albert Nasibulin, Leder af Skoltechs laboratorium for nanomaterialer og professor i RAS.