Niedawno międzynarodowy zespół naukowców pod kierownictwem naukowców z Uniwersytetu ITMO （Rosja） ogłosił, że opracował najbardziej kompaktowy laser półprzewodnikowy na świecie w zakresie światła widzialnego w temperaturze pokojowej.Zdaniem autora zespołu badawczego, laser ten to nanocząstka o wielkości zaledwie 310 nanometrów (około 1/3000 milimetra), która w temperaturze pokojowej może generować zielone spójne światło i można ją nawet zobaczyć gołym okiem przy użyciu standardowy mikroskop optyczny.
Warto wspomnieć, że naukowcom udało się pokonać zieloną część pasma światła widzialnego.Główny badacz tego artykułu, Sergey Makarov, profesor Wydziału Fizyki i Inżynierii Uniwersytetu ITMO, powiedział: „We współczesnych półprzewodnikach emitujących światło w tej dziedzinie istnieje problem„ zielonej luki ”.Zielona luka oznacza, że wydajność kwantowa konwencjonalnych materiałów półprzewodnikowych stosowanych w diodach elektroluminescencyjnych gwałtownie spada w zielonej części widma.Problem ten komplikuje rozwój nanolaserów w temperaturze pokojowej, wykonanych z konwencjonalnych materiałów półprzewodnikowych."
Zespół badawczy z Uniwersytetu ITMO wybrał halogenek perowskitu jako materiał do swojego nano lasera.Tradycyjne lasery składają się z dwóch kluczowych elementów - ośrodka aktywnego, który umożliwia koherentne wzbudzenie i emisję oraz rezonatora optycznego, który pomaga zatrzymać energię elektromagnetyczną wewnątrz na długi czas.Perowskit może zapewnić te dwie cechy: określony kształt nanometrów Cząsteczki mogą działać zarówno jako media aktywne, jak i wysokosprawne rezonatory.W rezultacie naukowcom udało się wytworzyć cząsteczki o rozmiarze 310 nanometrów w kształcie sześcianu, które po wzbudzeniu przez femtosekundowe impulsy laserowe mogą generować promieniowanie laserowe w temperaturze pokojowej.
Powiedziała Ekaterina Tiguntseva, młodsza badaczka na Uniwersytecie ITMO i jedna ze współautorów artykułu.„Używamy femtosekundowych impulsów laserowych do pompowania nanolaserów. Naświetlamy izolowane nanocząsteczki aż do osiągnięcia progu generowania lasera o określonej intensywności pompy. Udowodniliśmy, że ten nanolaser może działać w ciągu co najmniej miliona cykli wzbudzania.” Wyjątkowość opracowanego nanolasera przez zespół badawczy nie ogranicza się do jego niewielkich rozmiarów.Nowo zaprojektowane nanocząsteczki mogą również skutecznie ograniczyć stymulowaną energię emisji i zapewnić wystarczająco wysokie wzmocnienie pola elektromagnetycznego do generowania lasera.
Kirill Koshelev, młodszy badacz z ITMO University i jeden ze współautorów artykułu, wyjaśnił: „Chodzi o to, że generacja lasera jest procesem progowym.Oznacza to, że używasz impulsów laserowych do wzbudzania nanocząstek przy określonej „progowej” intensywności zewnętrznego źródła światła.Cząsteczki zaczynają wytwarzać emisję laserową.Jeśli nie możesz ograniczyć światła do wystarczająco dobrego zasięgu, nie będzie emisji lasera.W poprzednich eksperymentach z innymi materiałami i systemami, ale z podobnymi pomysłami, pokazuje, że można użyć rezonansu Mie czwartego lub piątego rzędu, co oznacza, że przy częstotliwości generowanej przez laser długość fali światła w materiale odpowiada rezonatorowi głośność cztery do pięciu razy większa od rezonansu.Udowodniliśmy, że nasze cząsteczki wspierają rezonans Mie trzeciego rzędu, czyli poprzedni Never done.Innymi słowy, gdy rozmiar rezonatora jest równy trzem długościom fal światła wewnątrz materiału, możemy wytworzyć koherentną stymulowaną emisję ”.
Inną ważną rzeczą jest to, że nanocząstki mogą być używane jako laser bez wywierania zewnętrznego ciśnienia lub bardzo niskich temperatur.Wszystkie efekty opisane w badaniu wystąpiły przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze pokojowej.To sprawia, że technologia ta jest atrakcyjna dla ekspertów specjalizujących się w produkcji chipów optycznych, czujników i innych urządzeń wykorzystujących światło do przesyłania i przetwarzania informacji, w tym chipów do komputerów optycznych.
Zaletą laserów pracujących w zakresie światła widzialnego jest to, że są mniejsze niż źródła światła czerwonego i podczerwonego o takich samych właściwościach, gdy wszystkie inne właściwości są takie same.W rzeczywistości objętość małego lasera ma zwykle związek sześcienny z długością emitowanej fali, a ponieważ długość fali zielonego światła jest trzykrotnie mniejsza niż światła podczerwonego, granica miniaturyzacji jest znacznie większa w przypadku zielonych laserów.Jest to niezbędne do produkcji ultrakompaktowych komponentów do przyszłych optycznych systemów komputerowych.