Wetenschappers van DTU hebben aangetoond dat een Fano-laser, een nieuw type microscopische laser, heeft fundamentele voordelen in vergelijking met andere soorten lasers. De ontdekking kan belangrijk zijn voor veel toekomstige toepassingen, zoals geïntegreerde fotonica, interfacing van elektronica en fotonica, en optische sensoren.

Een steeds groter deel van het wereldwijde energieverbruik wordt gebruikt voor informatietechnologie, en fotonica die werkt met zeer hoge datasnelheden met ultralage energie per bit, is geïdentificeerd als een sleuteltechnologie om duurzame groei van de capaciteitsvraag mogelijk te maken.

Echter, bestaande laserontwerpen kunnen niet zomaar worden verkleind om de doelen voor geïntegreerde apparaten van de volgende generatie te bereiken, en daarom zijn fundamentele ontdekkingen op het gebied van nanofotonica nodig.

Ondersteund door een Villum Centre of Excellence, NATEC, een nieuw opgericht DNRF Center of Excellence, nanofoton, en een ERC Advanced Grant, wetenschappers van DTU onderzoeken de fysica en toepassingen van een nieuwe klasse fotonische apparaten met behulp van een fenomeen dat bekend staat als Fano-interferentie. Dit fysieke effect biedt de mogelijkheid om ultrasnelle en geluidsarme nanolasers (Fano-lasers genoemd) te realiseren, optische transistoren, en kwantumapparaten die werken op het niveau van een enkel foton.

Nutsvoorzieningen, de DTU-wetenschappers hebben aangetoond dat de coherentie van een Fano-laser aanzienlijk kan worden verbeterd in vergelijking met bestaande microscopische lasers. Het resultaat is gepubliceerd in Natuurfotonica .

"De coherentie van een laser is een maat voor de zuiverheid van de kleur van het licht dat door de laser wordt gegenereerd. Een hogere coherentie is essentieel voor tal van toepassingen, zoals communicatie op de chip, programmeerbare fotonische geïntegreerde schakelingen, voelen, kwantumtechnologie, en neuromorfisch computergebruik. Bijvoorbeeld, coherente optische communicatiesystemen verzenden en detecteren informatie met behulp van de fase van lichtpulsen, wat leidt tot een enorme informatiecapaciteit", zegt Jesper Mørk, Professor bij DTU Fotonik en centrumleider van NATEC en NanoPhoton.

Jesper Mørk legt verder uit:dat "de Fano-laser, met een grootte van enkele microns (een micron is een duizendste van een millimeter), werkt in een ongebruikelijke optische staat, een zogenaamde gebonden-toestand-in het-continuüm, veroorzaakt door de Fano-resonantie. Het bestaan ​​van een dergelijke toestand werd voor het eerst geïdentificeerd door enkele van de vroege pioniers van de kwantummechanica, maar ontweek experimentele observatie gedurende vele jaren. In de krant, we laten zien dat de kenmerken van zo'n gebonden toestand-in-het-continuüm kunnen worden benut om de coherentie van de laser te verbeteren."

"De waarneming is enigszins verrassend, " voegt hoofdauteur en senior onderzoeker bij DTU Fotonik toe, Yi-Yu, "aangezien een gebonden toestand-in-het-continuüm veel minder robuust is dan de toestanden die gewoonlijk in lasers worden gebruikt. We laten in ons artikel zien, experimenteel als theoretisch, dat de eigenaardigheden van deze nieuwe staat kunnen worden gebruikt om te profiteren."

Yi Yu vervolgt dat "om het doel te bereiken dat we hebben ontwikkeld, in samenwerking met de groep van professor Kresten Yvind bij DTU Fotonik, een geavanceerd nanotechnologieplatform, genaamd Buried Heterostructure Technology. Deze technologie maakt het mogelijk om kleine, nanometergrote gebieden van actief materiaal, waar de lichtgeneratie plaatsvindt, terwijl de resterende laserstructuur passief is. Het is de fysica van Fano-resonantie gecombineerd met deze technologie die uiteindelijk de onderdrukking van kwantumruis mogelijk maakt, wat leidt tot de hoogst gemeten coherentie voor microscopische lasers."

Deze nieuwe bevinding kan leiden tot het gebruik van Fano-lasers in geïntegreerde elektronisch-fotonische circuits, met name in nieuwe generaties hogesnelheidscomputers. In de computers van tegenwoordig, elektrische signalen worden gebruikt voor logische bewerkingen en voor het verzenden van gegevens tussen verschillende delen van de computer. Echter, door ohmse verliezen, veel energie wordt verspild aan de transmissie. De primaire rol van de Fano-laser zal zijn om de elektrische gegevens om te zetten in lichtsignalen, die vervolgens vrijwel zonder verlies in de computer worden verzonden - net zoals dat tegenwoordig in optische vezels op internet gebeurt. Het langetermijnperspectief is om veel snellere computerchips te krijgen met een minimaal energieverbruik.