Polscy naukowcy uruchomili błękitny laser półprzewodnikowy
Polscy fizycy opracowali błękitny laser półprzewodnikowy, który działa w temperaturze pokojowej dzięki nanostrukturze zatrzymującej światło niemal bez strat. Nowa konstrukcja pozwala kontrolować długość fali i polaryzację emitowanej wiązki poprzez zmianę geometrii układu.
Zespół naukowców z Uniwersytetu Warszawskiego oraz współpracujących instytutów zbudował błękitny laser wykorzystujący zjawisko stanu związanego w kontinuum (Bound State in the Continuum, BIC). Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Nano Letters”.
Kluczowym elementem konstrukcji jest nanosiatka wykonana z azotku galu. Jej zadaniem jest zatrzymanie światła wewnątrz układu na tyle długo, aby mogło ono zostać wzmocnione podczas wielokrotnego przechodzenia przez materiał aktywny. Jednocześnie niewielka część światła może opuścić strukturę w postaci wiązki laserowej.
W klasycznych laserach funkcję pułapki pełnią dwa zwierciadła tworzące rezonator optyczny. W urządzeniach o rozmiarach nanometrycznych takie rozwiązanie staje się trudniejsze do zastosowania, ponieważ światło łatwiej ucieka na boki lub przenika do podłoża.
Laser pracował w temperaturze pokojowej i emitował światło o wysokiej czystości widmowej. Konstrukcja zapewniła również silnie spolaryzowaną wiązkę – emisja w preferowanym kierunku polaryzacji była 52 razy intensywniejsza niż dla ustawienia prostopadłego.
Naukowcy wykazali, że zmieniając okres nanosiatki oraz szerokość jej rowków, można przestrajać długość fali emitowanego światła w zakresie od 440 do 460 nanometrów. Oznacza to, że właściwości lasera zależą nie tylko od składu materiału półprzewodnikowego, ale także od precyzyjnie zaprojektowanej geometrii nanostruktury.
Według autorów badań udało się połączyć w jednej zwartej strukturze trzy elementy niezbędne do działania lasera: materiał aktywny generujący światło, rezonator zatrzymujący fotony oraz kontrolowaną drogę wyprowadzenia wiązki. Rozwiązanie to może znaleźć zastosowanie w projektowaniu niewielkich, przestrajalnych laserów półprzewodnikowych nowej generacji.
W badaniach uczestniczyli naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego, Instytutu Wysokich Ciśnień PAN, Instytutu Fizyki PAN, Politechniki Warszawskiej oraz Politechniki Łódzkiej.
