Vedci vyvinuli nanolaser s unikátnymi vlastnosťami

Publikoval: ejrick van newman
19. septembra 2021

Vedci vyvinuli nanolaser s unikátnymi vlastnosťami.

Výskumný tím pod dohľadom Yuriho Kivshara, vedúceho výskumu na škole fyziky a inžinierstva ITMO a profesora Austrálskej národnej univerzity, vykonáva výskum v oblasti nanolaserov.

Nedávna publikácia v Nature Communications sa týka tohto výskumu. Pomocou výsledkov štúdie špeciálnych typov vĺn a nanorezonátorov, sa vedcom podarilo vytvoriť funkčný prototyp ultra účinného nanolaseru.

Laser sa skladá z niekoľkých prvkov: takzvaných aktívnych médií, kde sa generuje žiarenie a rezonátora – priestoru, v ktorom sa vyrobené žiarenie dlhodobo uchováva.

Tento článok popisuje vylepšenia rezonátorov, aby sa umožnilo fotónom zostať v rezonátoroch dlhší čas. Keď sa generuje laserové žiarenie, objavia sa fotóny – kvantá svetla a začnú kaskádovým spôsobom vyvolávať výskyt iných fotónov. Čím dlhšie počiatočné kvantá existujú a čím dlhšie zostanú vo vnútri rezonátora, tým viac nových fotónov môžu vytvoriť.

Rezonátor vyvinutý výskumníkmi im umožňuje vytvárať laserové žiarenie pomocou malého počtu fotónov.

„Existuje charakteristika lasera, ktorá sa nazýva laserový prah. Je to hodnota výkonu čerpadla, pri ktorom sa vytvára laserové žiarenie. Čím je nižšia, tým lepšie. Na zapnutie lasera potrebujeme veľmi málo energie. Porovnávali sme naše metriky s predchádzajúcim výskumom a zistili sme, že náš prah je o niekoľko veličín menší, ”komentuje Kirill Koshelev.

Fotonický kryštálový vlnovod

Na generovanie žiarenia v nanolaseroch sa používa špeciálny typ svetelných vĺn. Majú oveľa komplexnejšie priestorovo-časové rozloženie ako jednoduché, rovinné svetelné vlny, ktoré sú produkované zdrojmi svetla a sú jasne viditeľné.

Svetelné vlny je možné implementovať do fotonických štruktúr so špeciálnou periodickou štruktúrou. Na to, aby sa objavili, je potrebná najmä modulácia fotonického prostredia. Napríklad periodická sada otvorov v štruktúre špeciálnej veľkosti a nastavenej periodicity.

„Zoberieme InGaAsP – arzenid fosfid india galia – a do materiálu umiestnime otvory v konkrétnom poradí.“ Vďaka špecifickému umiestneniu týchto otvorov môžeme v tejto dielektrickej štruktúre indukovať špeciálne vlastnosti svetelných vĺn. Svetelná vlna tam môže zostať pomerne dlho, čo nám umožňuje produkovať efektívne laserové žiarenie. Zároveň, aj keď sa štruktúra líši od našich výpočtov alebo sa priemer dier alebo vzdialenosť medzi nimi líši, potrebný stav sa napriek tomu objaví, ale s mierne odlišnou frekvenciou, “vysvetľuje Kirill Koshelev.

6946348 preview

Zmena periodicity

Ďalším krokom je nielen využitie vlastností svetelných vĺn, ale aj ich vylepšenie, čo znamená umiestnenie týchto špecifických svetelných vĺn na seba, aby sa dostali do super stavu. Na to musia byť svetelné vlny synchronizované: musia mať rovnakú skupinovú a fázovú rýchlosť, rovnaký uhol dopadu, charakteristiky a správanie.

To sa dá dosiahnuť ďalšou geometrickou úpravou dielektrickej štruktúry – zmenou jej periodicity.

„Meníme periodicitu tejto štruktúry – zhruba povedané, vzor dier. Otvory zostávajú rovnaké, ale vytvárame súbor štruktúr, v ktorých každej vzorke sa priestor medzi dierami postupne zväčšuje o nanometre. Takto synchronizujeme tieto stavy svetla a stávajú sa rovnakými. Preto sa môžu navzájom prekrývať a zlepšovať, čo má za následok super stav, ktorý dokáže udržať svetlo vo vnútri dlhší čas, “hovorí Kirill Koshelev.

Super kompaktné zariadenia

Dnes sa oblasť ultra malých laserov rozvíja veľmi aktívne. Táto technológia nás môže priviesť k novej generácii optických čipov, komponentov pre optické počítačové systémy, senzorov a ďalších zariadení, ktoré používajú svetlo na prenos a spracovanie dát. Preto je úspech tímu výskumníkov z ITMO, ANU a Kórejskej univerzity prelomom v optických technológiách a tiež dôležitým zásadným riešením.

Pokiaľ ide o vedecký aspekt tejto práce, vedci ju považujú za dokončenú. Prototyp je však stále vo vývoji.

„Nie všetky vlastnosti týchto laserov sú v skutočnosti optimalizované.“ Napríklad určitá energia, ktorú používame na spustenie lasera, je stále zbytočná. Vlastnosti laseru je možné zlepšiť, aby sa tomu zabránilo. V zásade je však táto téma úplne preskúmaná, majú sa vyriešiť iba inžinierske úlohy, “hovorí Kirill Koshelev.

Zdroj: nano-magazine.com tu: http://fumacrom.com/298Y3

PREČÍTAJTE SI AJ

NANOČASTICE LIGNÍNU LEPŠIE CHRÁNIA PRED UV ŽIARENÍM

NANOČASTICE LIGNÍNU LEPŠIE CHRÁNIA PRED UV ŽIARENÍM

Inovatívna oblasť kozmetickej vedy nedávno upozornila na lignínové nanočastice (LNP) pre ich výnimočný potenciál pri posilňovaní opatrení na ochranu pred slnkom v rámci produktov starostlivosti o pleť. Tieto nanočastice sú oslavované pre ich vynikajúcu schopnosť...

ROZPRÁVANIE BEZ HLASIVIEK VĎAKA AI

ROZPRÁVANIE BEZ HLASIVIEK VĎAKA AI

Pre ľudí s poruchami hlasu, vrátane tých, ktorí majú patologické stavy hlasiviek alebo ktorí sa zotavujú po operáciách rakoviny hrtana, je často ťažké alebo nemožné hovoriť. To sa môže čoskoro zmeniť. Tím inžinierov z UCLA vynašiel mäkké, tenké a pružné zariadenie s...

PRVÝKRÁT 100% RECYKLOVANÁ VISKÓZA

PRVÝKRÁT 100% RECYKLOVANÁ VISKÓZA

V súčasnosti sa viskózové textílie vyrábajú z biomasy z lesa a úplne recyklovaná viskóza neexistuje. Vedcom z univerzity v Lunde vo Švédsku sa teraz podarilo vyrobiť novú viskózu – z opotrebovaných bavlnených obliečok. Staré textílie po celom svete končia na smetisku...

NANOGÉLY PRE LEPŠIE ZOTAVENIE PORANENEJ MIECHY

NANOGÉLY PRE LEPŠIE ZOTAVENIE PORANENEJ MIECHY

Prevratný vývoj v liečbe poranení miechy predstavuje nový prístup prostredníctvom použitia špecializovanej nanotechnológie. Tento dodávací systém, známy ako nanogél, je duchovným dieťaťom výskumníkov z Politecnico di Milano. Je dômyselne navrhnutý tak, aby sa...

STARODÁVNE MORSKÉ TVORY POMÁHAJÚ MAKKEJ ROBOTIKE

STARODÁVNE MORSKÉ TVORY POMÁHAJÚ MAKKEJ ROBOTIKE

Mäkká robotika je náuka o vytváraní robotov z mäkkých materiálov, ktorá má výhodu flexibility a bezpečnosti pri interakciách medzi ľuďmi. Tieto roboty sú vhodné pre aplikácie od zdravotníckych zariadení až po zvyšovanie efektivity pri rôznych úlohách. Okrem toho,...

NANOTECHNOLÓGIA ZVYŠUJE CHIRURGICKÚ PRESNOSŤ A HOJENIE

NANOTECHNOLÓGIA ZVYŠUJE CHIRURGICKÚ PRESNOSŤ A HOJENIE

Výskumníci z Empa a ETH Zurich predstavili inovatívnu chirurgickú techniku, ktorá prináša revolúciu v spôsobe hojenia rán. Táto nová metóda, ktorá sa líši od tradičného prístupu ihly a nite používaného viac ako 5000 rokov, využíva sofistikovaný proces laserového...

INOVATÍVNE ZARIADENIE ZBIERA A VYTVÁRA UDRŽATEĽNÚ ENERGIU

INOVATÍVNE ZARIADENIE ZBIERA A VYTVÁRA UDRŽATEĽNÚ ENERGIU

Prevratné zariadenie na zber energie inšpirované prírodným svetom je nastavené tak, aby spôsobilo revolúciu v tom, ako vyrábame elektrinu z dažďa a vetra. Táto technológia, ktorú vytvoril tím vedcov, efektívne premieňa energiu z dažďových kvapiek a vetra na elektrickú...

PRELOMOVÉ OBJAVY VO VÝSKUME ĽADU

PRELOMOVÉ OBJAVY VO VÝSKUME ĽADU

Zdanlivo jednoduchá látka ľadu bola predmetom prelomovej štúdie v Národnom laboratóriu v Argonne, ktorá odhalila zložitosť jeho správania pri extrémne nízkych teplotách. Základom tejto štúdie je predtavenie, ktoré sa tradične pozoruje blízko bodu mrazu vody....

ŠKRIDLA, KTORÁ ZNÍŽI NÁKLADY NA VYKUROVANIE AJ CHLADENIE

ŠKRIDLA, KTORÁ ZNÍŽI NÁKLADY NA VYKUROVANIE AJ CHLADENIE

Približne polovica spotreby energie priemernej americkej budovy sa minie na vykurovanie a chladenie. To je veľa vynaložených peňazí, spálených fosílnych palív a záťaže na starnúcu energetickú infraštruktúru v čase vysokých teplôt. Vedci teraz predstavili adaptívnu...

ZBER VODY ZO VZDUCHU POMOCOU SOLÁRNEJ ENERGIE

ZBER VODY ZO VZDUCHU POMOCOU SOLÁRNEJ ENERGIE

Viac ako 2,2 miliardy ľudí v súčasnosti žije v krajinách s nedostatkom vody a OSN odhaduje, že 3,5 milióna ročne zomiera na choroby súvisiace s vodou. Keďže oblasti, ktoré najviac potrebujú lepšiu pitnú vodu, sa nachádzajú aj na niektorých z najslnečnejších miest na...

MIKRORIASOVÉ ROBOTY ZACHYTÁVAJÚCE PLASTY VO VODE

MIKRORIASOVÉ ROBOTY ZACHYTÁVAJÚCE PLASTY VO VODE

Plastový odpad čoraz viac znečisťuje naše oceány a vodné cesty. Keď sa plasty v prostredí rozkladajú, fragmentujú sa na malé kúsky známe ako mikroplasty a nanoplasty. Mikroplasty sú plastové častice s veľkosťou do 5 mm, zatiaľ čo nanoplasty sú menšie ako 1 mikrón....

VYLEPŠENIE PRIETOKOVÝCH BATÉRIÍ NA VODNEJ BÁZE

VYLEPŠENIE PRIETOKOVÝCH BATÉRIÍ NA VODNEJ BÁZE

Dve farebné tekutiny prebublávajúce trubicami: Takto vyzerá batéria budúcnosti? Výskumník Empa David Reber sa rozhodol odpovedať na túto otázku v priebehu nasledujúcich štyroch rokov s podporou grantu Ambizione od Švajčiarskej národnej vedeckej nadácie (SNSF)....

autor

ejrick van newman

Komentáre

0 komentárov