Исследователи из университета Аальто (Aalto University), Финляндия, разработали и создали первые образцы так называемых плазмонных нанолазеров, крошечных лазеров, излучающих свет видимого диапазона.
Такие лазеры, размер которых в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса и которые обладают высоким быстродействием, являются перспективными источниками когерентного света, которые могут быть встроены в структуру оптико-электронного чипа и могут стать его “движущей силой”.
Нанолазер представляет собой некоторое количество серебряных наночастиц, расположенных в узлах периодической решетки.
В отличие от традиционных лазеров, где когерентный свет получается за счет использования зеркал, в нанолазере используется оптическое “сцепление” между плазмонами, возникшими на поверхности серебряных наночастиц.
Расстояние между наночастицами, размер которых равен приблизительно 100 нанометрам, подобрано так, что оно является кратным длине волны излучаемого света, а собственно наночастицы выступают в роли наноантенн, которые излучают когерентный свет, действуя в унисон с другими наночастицами.
А для усиления света и придания ему монохромности используются специальные органические флуоресцентные молекулы.
Основная проблема в деле получения когерентного света внутри столь крошечных устройств заключается в том, что путь, который проходят фотоны света, чрезвычайно короток для того, чтобы все фотоны света “синхронизировались” друг с другом и стали когерентными.
Ученые из Финляндии решили эту проблему достаточно необычным путем.
“Принцип работы нашего устройства очень наглядно демонстрируется следующим примером. Если взять единственную антенну, то излучаемый ею сигнал будет весьма силен.
Но если очень близко расположить две одинаковые антенны и подать на них противофазный сигнал, то их суммарное излучение будет крайне слабым” – рассказывает профессор Пайви Термэ (Paivi Torma).
Наночастицы в матрице нашего нанолазера работают в качестве противофазных антенн, частота излучения которых соответствует частоте света видимого диапазона”.
“Такой способ с первого взгляда кажется бесполезным, ведь весь свет попадает в ловушку между наночастицами и не может выйти наружу” – рассказывает Томми Хэкэла (Tommi Hakala), сотрудник научной группы.
Для решения данной проблемы нам пришлось сделать “запасной выход” для света. Эти выходом являются наночастицы на краях матрицы, которые отличаются от остальных наночастиц и действуют как обычные антенны, направляющие свет во внешнюю среду”.