Whispering gallery mode (WGM) resonatoren worden gebruikt om kleine micro-lasers te maken, sensoren, schakelaars, routers en andere apparaten. Deze kleine structuren zijn afhankelijk van een fenomeen dat lijkt op een effect dat wordt waargenomen in cirkelvormige galerijen, zoals in sommige kathedralen of musea, waar geluidsgolven door de galerij reizen en zo strak worden gereflecteerd en opnieuw gefocust dat een gefluister aan de ene kant aan de andere kant kan worden gehoord.

Hetzelfde fenomeen geldt voor licht. Wanneer licht wordt opgeslagen in ringvormige of bolvormige actieve resonatoren, de golven overlappen elkaar zodanig dat er laserlicht ontstaat. Deze week in APL Fotonica , onderzoekers rapporteren een nieuw type met kleurstof gedoteerde WGM-microlaser die licht produceert met instelbare golflengten. Niet alleen is het afstembereik van de nieuwe toestellen breder dan in het verleden mogelijk was, het is volledig omkeerbaar.

Een uniek kenmerk van het ontwerp, volgens hoofdauteur Tobias Siegle van het Karlsruhe Institute of Technology in Duitsland, is dat afstemming mogelijk wordt gemaakt door de grootte van een flexibel substraat te veranderen. Het uitrekken van het substraat verandert de afstand tussen de twee zijden van de gespleten schijf in de resonator en dus, de golflengte van het geproduceerde licht.

De schijf zelf is meestal ongeveer 25 micron breed, met een aanvankelijke opening tussen de twee helften van ongeveer 2,5 micron, slechts 3 procent van de diameter van een typisch mensenhaar. De schijf is gemonteerd op een elastomeer, of rekbaar plastic substraat, die kan worden getrokken in een richting loodrecht op de splitsing van de schijf, het verkleinen van de spleetgrootte. Het licht dat door deze microlasers wordt geproduceerd, verschuift naar het blauwe bereik van het spectrum wanneer de spleet kleiner wordt. Ze observeerden golflengteverschuivingen van enkele nanometers in het zichtbare bereik.

"Ons nieuwe ontwerp produceert een breed afstemmingsbereik dat niet gemakkelijk kan worden bereikt met andere WGM-resonatoren, "zei Siegle. "Bovendien, het afstemmechanisme is volledig omkeerbaar."

Met deze functie kan het apparaat worden gebruikt in fundamenteel optica-onderzoek. Een ander kenmerk van de split-disk-technologie is de verbeterde gevoeligheid bij de detectie van de brekingsindex.

"Voor een spleetbreedte van 1,4 micron, de detectieprestaties worden verhoogd met 65 procent, ’ zei Siegle, bij het vergelijken met een referentieschijfresonator zonder een opening.

De meest bruikbare apparaten hebben een lage laserdrempel, omdat dit het gebruik van kleine hoeveelheden energie mogelijk maakt. Een lage drempel vermindert of voorkomt fotobleking van de kleurstofmoleculen die in het apparaat worden gebruikt en verlengt de verwachte levensduur. De onderzoekers testten hun ontwerp en vonden laagdrempelige lasers voor gesplitste schijven die zijn vervaardigd met behulp van een 3D- of elektronenstraallithografietechniek.

Een andere kwantiteit die ze bestudeerden, is de kwaliteit, of Q-factor, wat overeenkomt met de opslagtijd van fotonen in de laserholte. Een hoge Q-waarde is gewenst, en hoewel onderzoekers ontdekten dat hun ontwerp met gesplitste schijven Q enigszins verminderde, de laserdrempel was binnen een geschikt bereik, het ontwerp waardevol maken.

Toekomstig werk zal gericht zijn op het ontwikkelen van afstembare gekoppelde resonatorgolfgeleiders, die kunnen worden gebruikt als optische vertragingslijnen of filters, en in andere toepassingen.