De Kleinste Halfgeleiderlaser is Geboren

July 29, 2020

Onlangs, kondigde een internationaal team van onderzoekers die door onderzoekers van ITMO-Universiteit (Rusland) worden geleid aan dat het de compactste de halfgeleiderlaser van de wereld in de zichtbare lichte waaier bij kamertemperatuur heeft ontwikkeld. Volgens de auteur van het onderzoeksteam, is deze laser een nanoparticle met een grootte van slechts 310 nanometers (ongeveer 1/3000 van een millimeter), die groen coherent licht bij kamertemperatuur kunnen produceren en zelfs met het blote oog kunnen worden gezien gebruikend een standaard optische microscoop.

 

Er zij op gewezen dat de wetenschappers met succes het groene deel van de zichtbare lichte band hebben overwonnen. De belangrijkste onderzoeker van dit artikel, Sergey Makarov, een professor op de School van Fysica en Techniek van ITMO-Universiteit, zei: „In moderne lichtgevende halfgeleiders, op het gebied, is er een ‚groen hiaat‘ probleem. Het groene hiaat betekent dat de quantumefficiency van conventionele halfgeleidermaterialen die in lichtgevende dioden worden gebruikt scherp in het groene deel van het spectrum daalt. Dit probleem compliceert de ontwikkeling van kamertemperatuurnanolasers die van conventionele halfgeleidermaterialen wordt gemaakt. “

 

Het Universitaire het onderzoekteam van ITMO koos perovskite halogenide als materiaal voor zijn nano laser. De traditionele lasers zijn samengesteld uit twee sluiten een element-actief middel dat coherente opwinding en emissie en een optische resonator toestaat die helpt elektromagnetische energie binnen lange tijd beperken. Perovskite kan deze twee kenmerken verstrekken: een bepaalde vorm van nanometerdeeltjes kan als zowel actieve media als hoog rendementresonators dienst doen. Dientengevolge, slaagden de wetenschappers in het produceren van 310 nanometer-gerangschikte kubus-vormige deeltjes die, wanneer opgewekt door de impulsen van de femtosecondlaser, laserstraling bij kamertemperatuur kunnen produceren.

 

Bovengenoemde Ekaterina Tiguntseva, een ondergeschikte onderzoeker bij ITMO-Universiteit en één van de medeauteurs van het document. „Wij gebruiken femtosecond laserimpulsen aan pompnanolasers. Wij bestralen geïsoleerd nanoparticles tot de drempel van de lasergeneratie van een specifieke pompintensiteit wordt bereikt. Wij hebben bewezen dat dit nanolaser binnen minstens één miljoen opwindingscycli kan werken. De „uniciteit van nanolaser die door het onderzoeksteam wordt ontwikkeld is niet beperkt tot zijn kleine grootte. Onlangs ontworpen nanoparticles kan de bevorderde emissieenergie effectief ook beperken en voldoende hoge elektromagnetisch veldversterking verstrekken voor lasergeneratie.

 

Kirill Koshelev, een ondergeschikte onderzoeker bij ITMO-Universiteit en één van de medeauteurs van het artikel, verklaarden: Het „idee is dat de lasergeneratie een drempelproces is. Namelijk u laserimpulsen gebruikt nanoparticles bij een specifieke ‚drempel‘ intensiteit van een externe lichtbron op te wekken. De deeltjes beginnen om laseremissie te veroorzaken. Als u niet het licht tot een goed kunt beperken genoeg gamma, zal er geen laseremissie zijn. In vorige experimenten met andere materialen en systemen, maar met gelijkaardige ideeën, toont het aan dat u vierde-orde kunt gebruiken of Mie-tot resonantie opdracht geven-opdracht geeft, zo betekent het dat bij de frequentie die door de laser wordt geproduceerd, de lichte golflengte in het materiaal het resonatorvolume vier tot vijf keer de resonantie aanpast. Wij hebben bewezen dat onze deeltjes de resonantie van derde-ordemie steunen, nooit gedaan die vorig is. Met andere woorden, wanneer de grootte van de resonator aan drie golflengten van licht binnen het materiaal gelijk is, kunnen wij coherente bevorderde emissie veroorzaken.“

 

Een ander belangrijk ding is dat nanoparticles als laser kunnen worden gebruikt zonder externe druk of zeer lage temperaturen toe te passen. Alle gevolgen die in de studie worden beschreven werden veroorzaakt bij normale luchtdruk en kamertemperatuur. Dit maakt deze technologie aan deskundigen aantrekkelijk die zich in de productie van optische spaanders, sensoren, en andere apparaten specialiseren die gebruikslicht om informatie, met inbegrip van spaanders voor optische computers door te geven en te verwerken.

 

Het voordeel van lasers die in de zichtbare lichte waaier werken is dat zij kleiner zijn dan rode en infrarode lichtbronnen met dezelfde kenmerken wanneer alle andere kenmerken hetzelfde zijn. In feite, heeft het volume van een kleine laser gewoonlijk een kubieke verhouding met de uitgezonden golflengte, en aangezien de golflengte van groen licht drie keer kleiner is dan dat van infrarood licht, is de grens van miniaturisatie veel groter voor groene lasers. Dit is essentieel voor de productie van ultra-compacte componenten voor toekomstige optische computersystemen.