Jesteś w: NAUKA
Pozostałe działy:

Lasery w nanorozmiarach

Diody elektroluminescencyjne nie potrzebują już wysokiego napięcia ani niskich temperatur. Badacze z University of California, ogłosili w magazynie Nature, że wynaleźli nowy rodzaj lasera rozmiaru nanometra, który potrzebuje dużo mniej prądu do wygenerownia spójnej wiązki w porównaniu z poprzednimi wersjami. Badacze sugerują, że ten rodzaj lasera mógłby ostatecznie upraktycznić stosowanie światła zamiast prądu do wysyłania terabitów danych pomiędzy różnymi częściami procesora komputera.


Mercedeh Khajavikhan, Post Doctorate Researcher i członek Ultrafast and Nanoscale Optics Group przy UCSD, które dokonało przełomu, twierdzi, że „[to] może stać się podstawą dla przyszłych narzędzi komunikacyjnych”. Ponadto, uważa że ze względu na niski pobór prądu przez laser, może być on modulowany dużo szybciej niż istniejące lasery, pozwalając na bezpośrednie kodowanie informacji w wiązce. Grupa UCSD, pracująca nad zintegrowaniem nanofotoniki z elektroniką CMOS, przewiduje inne zastosowania projektu nanolasera: Mógłby być zastosowany w obrazowaniu w ultrawysokiej rozdzielczości i oszacowaniu chemicznego składu surowca z pewnej odległości.
 
Nowa konstrukcja ma na celu wyeliminowanie pewnych problemów tkwiących w dzisiejszych laserach w nanoskali. Główną kwestią jest fakt, że jeśli rozmiar rezonatora optycznego maleje, wtedy ilość wzmocnionego światła czy „czułość” zmniejsza się wraz z nim. (Ilość straconej energii również zmniejsza się wraz z rozmiarem, kiedy fotony uderzają w metalowe części ścian rezonatora, ale proces ten przebiega wolniej niż zmniejsza się czułość.) Laser może stać się tylko taki mały zanim jego zapotrzebowanie na zużycie energii będzie niesamowicie duże.
 
Zespół UCSD otrzymał fotony poruszające się we właściwym kierunku poprzez zaprojektowanie swojego urządzenia jako falowód współosiowy - w tym przypadku, metalowy pręt otoczony pierścieniem półprzewodnikowym z fosforo-arsenku galu indu, który następnie został pokryty metalem. Falowód został przykryty na obydwu końcach, celem utworzenia rezonatora lasera. Jedna końcowa nasadka wykonana z dwutlenku krzemu i pokryta srebrem utworzyła w pełni odblaskowe zwierciadło. Druga nasadka, która pozwoliła wiązce pompującej - źródło zasilania lasera - wprowadzić i uwolnić światło laserowe, została wypełniona powietrzem.
 
Ta konfiguracja pomogła rozwiązać problem związany z czułością, gdyż rezonator laserowy został ograniczony do emisji energii tylko w trybie, w którym ilość wzmocnionego światła była na tyle wysoka, że skompensowała straty z samego rezonatora. Rezultat: urządzenie na tyle wydajne, że może wygenerować spójne wiązki nawet, gdy jest zasilane tylko 720 pikowatami światła. Co więcej, jego wydajność w temperaturze pokojowej była porównywalna do tej, którą osiągnął, kiedy został wypróbowany w temperaturze 4.5 Kelwina. Wydajność nanolasera zwykle drastycznie spada bez chłodzenia kriogenicznego.
W temperaturze pokojowej nanolaser częściowo zawdzięcza swoje możliwości metalicznej powłoce na pierścieniu półprzewodnikowym, która działa jak radiator. Według Khajavikhan „ten bezpośredni kontakt między metalem (powłoką) a półprzewodnikiem jest raczej śmiałym podejściem i wymagał szczególnych metod produkcji”.
 
Mimo to, badacze dążyli do stworzenia działającego nanolasera stosując standardowe narzędzia do nanoprodukcji i chcieli mieć pewność, że te urządzenia mogą być produkowane partiami. Khajavikhan mówi: „możemy stwierdzić, że pomimo wielu wyzwań, tak właśnie zrobiliśmy”.
Dzięki wygładzeniu powierzchni półprzewodników wydajność lasera zostanie dodatkowo zwiększona i pozwoli na produkcję mniejszych rozmiarów. Yeshaiahu (Shaya) Fainman, dyrektor Ultrafast and Nanoscale Optics Group dodaje: „czujemy, że to dopiero początek nowej rodziny diod LED z lepszymi parametrami”. „Jeszcze można się spodziewać wielu postępów w tej nowej dziedzinie.”
 
Źródło: www.nanowerk.com