Een nieuwe studie toont aan dat organisch kleurstofmateriaal in combinatie met metalen nanostructuren ultrasnelle laserdynamiek kan bieden met korte en snel verschijnende laserpulsen.

"We wilden weten hoe snel we ons laserapparaat kunnen in- en uitschakelen. Het snel genereren van laserpulsen kan erg handig zijn bij informatieverwerking en kan de respons van sommige opto-elektronische apparaten verbeteren, ", legt postdoctoraal onderzoeker Konstantinos Daskalakis van Aalto University uit.

De monsters die in de experimenten worden gebruikt, zijn gemaakt van gouden nanodeeltjes die op glas zijn geplaatst en zijn ondergedompeld in een organische, lichtgevend materiaal. De nanodeeltjes zijn zeer dicht bij elkaar gerangschikt in een vierkante array. Elektrische velden gelokaliseerd rond de deeltjes resulteren in hoge veldsterkten die de moleculaire dynamica in de organische kleurstof versnellen.

De elektromagnetische velden en de geleidende gouddeeltjes interageren zowel met elkaar als met de organische kleurstof om een ​​gerichte laserpuls te genereren die ultrasnel is, een biljoenste van een seconde lang.

Het genereren van een dergelijke laser is veelbelovend voor volledig optische schakeling en detectie en zal mogelijk de snelheid van optische telecommunicatie en de prestaties van apparaten die licht gebruiken om informatie te verwerken, verbeteren. zoals camera's en transistors.

Zeer kleine nanolasers geven gewoonlijk geen duidelijk gerichte bundels. Het rangschikken van nanodeeltjes in een array verbetert de richtingsgevoeligheid aanzienlijk. Dergelijke lasers zijn al gemaakt in verschillende laboratoria in de wereld, maar hun potentieel voor ultrasnelle pulsen is niet bewezen vóór de experimenten aan de Aalto University.

Het meten van de eigenschappen van de pulsen is zeer veeleisend vanwege hun enorme snelheid.

"De belangrijkste prestatie hier is dat we erin zijn geslaagd experimenteel aan te tonen dat de laserpulsen inderdaad ultrasnel zijn. De laserwerking vindt plaats in optische modi die hybriden zijn van licht en de beweging van elektronen in metaal. Deze modi worden oppervlakteroosterresonanties genoemd, " legt Akademiehoogleraar Päivi Törmä uit.

Het laserlicht wordt eerst door de metalen nanodeeltjes geperst tot sub-golflengtedimensies, en dan ontsnapt het uit de oppervlakteroosterresonantiemodi als een picoseconde snel, geconcentreerde laserpuls.

"Dit soort metalen nanodeeltjes-arraylasers zijn uitstekend geschikt voor het genereren van gepulseerde laserstraling met een hoge modulatiesnelheid, ", zegt promovendus Aaro Väkeväinen.

De puls die wordt gegenereerd door de nanodeeltjes-array-laser is zo snel dat er geen conventionele elektronische camera's zijn die de dynamiek ervan kunnen vastleggen. De onderzoekers gebruikten een andere laser als een "camera, " zeer snelle foto's maken van de kleine laser. De methode wordt pomp-sonde spectroscopie genoemd.