Sinds lasers voor het eerst werden ontwikkeld, de vraag naar meer aanpasbare lasers is alleen maar toegenomen. Chirale nematische vloeibare kristallen (CLC's) zijn een opkomende klasse van laserapparaten die klaar zijn om vorm te geven aan hoe lasers in de toekomst worden gebruikt vanwege hun lage drempels, gemak van fabricage, en het vermogen om te worden afgestemd over bredere delen van het elektromagnetische spectrum. Nieuw werk over het selecteren van band-edge-modi op deze apparaten, die de laserenergie bepalen, kan licht werpen op hoe de lasers van de toekomst zullen worden afgestemd.

De laserholtes zijn gevormd uit een chiraal nematisch vloeibaar kristal dat is gedoteerd met een fluorescerende kleurstof. Het vloeibare kristal creëert een fotonische bandgap in de laserholte. Een internationaal team van onderzoekers demonstreerde een techniek waarmee de laser de emissie elektrisch kan schakelen tussen de lange- en kortegolflengten van de fotonische bandgap door simpelweg een spanning van 20 V aan te leggen. Ze rapporteren hun werk deze week in Technische Natuurkunde Brieven .

"Onze bijdrage is het vinden van een manier om de oriëntatie van het overgangsdipoolmoment van het versterkingsmedium [de fluorescerende kleurstof] in de CLC-structuur te veranderen en modusselectie tussen lange en korte golflengteranden te bereiken zonder de positie van de fotonische bandgap af te stemmen , " zei Chun-Ta Wang, een auteur van de krant. "We hebben ook een met polymeer gestabiliseerd CLC-systeem gedemonstreerd, wat de stabiliteit van de laser verbeterde, laserprestaties en drempelspanning."

CLC-lasers werken door een verzameling vloeibare kristallen die zichzelf assembleren tot helixvormige patronen, die dan fungeren als de holte van de laser. Deze helices zijn chiraal, wat betekent dat ze in dezelfde richting draaien, waardoor ze kunnen worden afgestemd over een breed scala aan golflengten. Terwijl veel lasers, zoals de laserdiodes die in dvd-spelers worden gebruikt, zijn gefixeerd op één kleur, veel CLC-lasers kunnen worden afgestemd op meerdere kleuren in het zichtbare lichtspectrum en daarbuiten.

Naast het afstemmen van de lasergolflengte, een hot gebied van onderzoek is het vinden van verschillende manieren om de golflengte af te stemmen door de lasermodus van de ene rand van de fotonische bandgap naar de andere te schakelen. Sommige pogingen tot dusver hebben gesuggereerd dat het mogelijk is om te schakelen tussen de lange- en kortegolflengten.

Het werk van Wang's team toont aan dat deze modusomschakeling mogelijk is door een elektrisch gelijkstroomveld op de fluorescerende kleurstof aan te leggen, het wijzigen van de volgordeparameter zonder de spectrale positie van zijn bandgap te beïnvloeden. De onderzoekers testten drie mengsels door de verhoudingen van vloeibare kristallen en kleurstoffen te variëren en hun laseroutput vast te leggen door middel van glasvezelspectrometrie.

Ze ontdekten dat het voor alle monsters mogelijk was om te verschuiven van laseren aan de rand van de korte golflengte naar laseren aan de rand van de lange golflengte, een verschuiving van bijna 40 nanometer, met slechts 20 volt. Bovendien, een met polymeer gestabiliseerd planair CLC-monster kon zijn extra structurele stabiliteit benutten om omkeerbaar tussen de twee modi te schakelen en verbeterde prestaties en drempelspanning.

"Er zijn veel berekeningen geweest om dit fenomeen op dit gebied te bereiken, maar voor zover wij weten, dit is de eerste keer dat het experimenteel is bewezen, ' zei Wang.

Vooruit kijken, Wang zei dat wijdverbreid gebruik van CLC-lasers nog steeds gepland staat voor de toekomst. Ondertussen, hij en zijn team hopen ons begrip van elektrisch ondersteunde band-edge-modusselectie in andere soorten fotonische kristallen uit te breiden.