Onderzoekers hebben een nieuw type organische vortexlaser ontwikkeld, dat is een laser die een spiraalvormige lichtstraal uitstraalt. In de toekomst, miniatuurarrays van deze vortexlasers, elk met een iets andere spiraalvorm, kan worden gebruikt in toepassingen zoals 3D-tv-schermen, microscopie, en als informatiedragers voor communicatie met zichtbaar licht.

De onderzoekers, geleid door Ifor D.W. Samuel aan de Universiteit van St. Andrews en Thomas F. Krauss aan de Universiteit van York, zowel in het VK, hebben een artikel gepubliceerd over de organische vortexlasers in een recent nummer van: ACS Nano .

"Laser-arrays zijn al eerder aangetoond, maar niet met zo'n controle over de straalvorm, " vertelde Krauss Phys.org . "Onze aanpak stelt ons in staat om vortexbundels met gecontroleerde topologische lading te maken. We kunnen Airy- of Bessel-bundels maken. Evenzo, meta-oppervlakken die dergelijke op maat gemaakte balken genereren, zijn eerder aangetoond, maar het waren passieve elementen, geen actieve lasers."

Eerder, vortex-laserstralen zijn gegenereerd door een laser te nemen en afzonderlijke optische componenten te gebruiken om de straal te vormen, wat resulteert in grote balken. De nieuwe vortex-lasers die hier worden gedemonstreerd, hebben een nanogestructureerd versterkingsmedium dat de vortex-straal direct genereert. Dit betekent dat het kan worden verkleind tot miniatuurbalken, die vervolgens in een array kan worden gerangschikt. De geminiaturiseerde versie zal naar verwachting veel nuttiger zijn voor praktische toepassingen.

Om spiraalvormige lichtstralen te genereren, de onderzoekers ontwierpen een optisch rooster bestaande uit een Archimedische spiraal. Wanneer licht door het rooster gaat, het komt naar voren als een spiraalvormige straal. Door de afmetingen van het spiraalrooster te regelen, het is mogelijk om de eigenschappen van de lichtstraal te regelen.

De belangrijkste manier om dit te doen is door het aantal "armen" van de Archimedische spiraal te regelen. Het aantal armen is gelijk aan de topologische lading van de lichtstraal, dat is het aantal wendingen dat de lichtstraal maakt in één golflengte. Dus hoe groter het aantal armen, hoe strakker de helix van de lichtstraal. Hier, de onderzoekers demonstreerden Archimedische spiraalroosters met tussen nul (geen draaiing) en drie armen.

Deze nieuwe methode voor het genereren van vortexlasers heeft voordelen ten opzichte van eerdere methoden doordat de bundels in een enkele stap en door een enkel optisch element (het rooster) kunnen worden gegenereerd. Met deze voordelen, de onderzoekers verwachten dat de resultaten de weg zullen effenen voor de implementatie van vortex-lasers in verschillende toepassingen.

"Mijn grootste interesse gaat uit naar organische halfgeleiders, die eenvoudig van een patroon kunnen worden voorzien om apparaten als deze te maken, " zei Samuël, wiens groep het organische halfgeleiderversterkingsmateriaal leverde en de metingen uitvoerde. "Een langetermijndoel is om dergelijke lasers elektrisch te maken, in plaats van optisch, gedreven. Een doel op kortere termijn is om dergelijke lasers te gebruiken voor het detecteren van explosieve damp."

Krauss, wiens groep de nanostructuren ontwierp die in het onderzoek werden gebruikt, is vooral geïnteresseerd in displays en microscopietoepassingen.

"Op beeldschermen, je zou de verschillende vortex-orders kunnen gebruiken om informatie te multiplexen, bijvoorbeeld om meerdere afbeeldingen tegelijk te projecteren, " zei hij. "Vortexstralen zijn van belang in microscopie, dus men kan zich een reeks van dergelijke bundels voorstellen voor massaal parallelle microscopie."

© 2018 Fys.org