Onderzoekers hebben een nieuw type laser ontworpen, een quantum dot-ringlaser genaamd, die rode, Oranje, en groen licht. De verschillende kleuren worden uitgezonden vanuit verschillende delen van de kwantumstip:rood vanuit de kern, groen uit de schelp, en oranje uit een combinatie van beide - en kan eenvoudig worden omgeschakeld door de concurrentie tussen lichtemissie van de kern en de schaal te beheersen.

De onderzoekers, Boris le Feber, Veerboot Prins, Eva de Leo, Freddy T. Rabouw, en David J. Norris, bij ETH Zürich, Zwitserland, hebben een artikel over de nieuwe lasers gepubliceerd in een recent nummer van: Nano-letters .

Het werk demonstreert de interessante effecten die mogelijk zijn met lasers op basis van kwantumdots, dat zijn kristallen bollen van nanoformaat gemaakt van halfgeleidende materialen. Bij deze lasers de kwantumstippen zijn vaak bedekt met schillen van een ander materiaal. Wanneer verlicht, de schelpen stralen niet alleen zelf licht uit, maar ze kunnen ook foto-geëxciteerde dragers (excitonen) naar de kernen van de kwantumstippen, die de kernlichtemissie van de laser verbetert.

Om kwantumpuntlasers te maken die kunnen schakelen tussen het uitzenden van licht van alleen de kernen of alleen de schillen, ontwierpen de onderzoekers een speciale laserholte, dat is het centrale deel van de laser dat verantwoordelijk is voor het beperken en reflecteren van licht totdat het zeer coherent wordt. Hoewel er veel onderzoek is gedaan naar kwantumpuntlasers, het effect van de laserholte op de prestaties van kwantumdotlasers is tot nu toe grotendeels onontgonnen.

In de nieuwe studie de wetenschappers vervaardigden hoogwaardige laserholtes gemaakt van arrays van zeer gestructureerde kwantumpuntringen. De resulterende lasers vertonen zeer hoge holtekwaliteitsfactoren - bijna een orde van grootte hoger dan die van typische kwantumpuntlasers, die meestal willekeurige gaatjes hebben.

"We waren in staat om een ​​eenvoudige fabricagebenadering te demonstreren die leidde tot hoogwaardige ringholten waarmee we dit 'kleurwissel'-gedrag in een kwantumpuntlaser konden onderzoeken, "Norris, Hoogleraar materiaalkunde aan de ETH Zürich, vertelde Phys.org . "In holtes van slechte kwaliteit is het onwaarschijnlijk dat we dit effect hadden kunnen waarnemen."

De onderzoekers toonden aan dat, bij lage vermogens, de nieuwe lasers zenden rood licht uit vanuit hun kernen, terwijl bij hogere machten, ze zenden groen licht uit de schelpen. Bij tussenliggende machten, het licht komt van zowel de kern als de schil, en lijkt dus oranje. Zoals de onderzoekers uitleggen, het is mogelijk om kernemissie volledig te onderdrukken omdat de kernemissie plaatsvindt op een tijdschaal van picoseconden, terwijl shell-emissie plaatsvindt op een tijdschaal van subpicoseconden en dus de kernemissie aanzienlijk kan overtreffen, zolang het laservermogen voldoende hoog is.

In de toekomst, de unieke eigenschappen van de quantum dot-ringlasers kunnen leiden tot toepassingen in laserdisplays, chemische detectie, en andere gebieden. Maar voordat deze toepassingen kunnen worden gerealiseerd, de onderzoekers zijn van plan om de prestaties van de laser verder te verbeteren.

"We demonstreren het 'kleurwisseleffect' in dit werk, maar de kleurverandering vindt plaats bij zeer hoge vermogens, " zei Norris. "Verder onderzoek is nodig om te zien of hetzelfde effect kan optreden bij meer redelijke bevoegdheden. Dit zou handig zijn voor toepassingen. Gelukkig, kwantumdots blijven verbeteren (in termen van hun prestaties voor lasers), en we kunnen deze verbeteringen onmiddellijk toepassen op onze apparaten."

© 2018 Fys.org