ساخت نانولیزری با عملکرد بالا در دمای اتاق

دانشمندانی از دانشگاه ملی یوکوهامای ژاپن یک لیزر دمای اتاق با ابعاد نانو و کارایی بالا ساخته‌اند که باریکه‌های پایدار و پیوسته از نور لیزر مادون قرمز نزدیک تولید می‌کند. اگر چه پهنای افزاره چند میکرون است، قسمت اصلی آن که نورلیزری تولید می‌کند، در تمام جهات دارای ابعاد نانو است. این لیزر تنها از توان یک میکروواتی استفاده می‌کند که یکی از کوچک‌ترین توان‌های کاری موجود است. این طرح نانولیزر می‌تواند در مدارهای مینیاتوری آینده که شامل افزاره‌های اپتیکی هستند، مفید واقع شود.

دانشمندانی از دانشگاه ملی یوکوهامای ژاپن یک لیزر دمای اتاق با ابعاد نانو
و کارایی بالا ساخته‌اند که باریکه‌های پایدار و پیوسته از نور لیزر مادون
قرمز نزدیک تولید می‌کند. اگر چه پهنای افزاره چند میکرون است، قسمت اصلی
آن که نورلیزری تولید می‌کند، در تمام جهات دارای ابعاد نانو است. این لیزر
تنها از توان یک میکروواتی استفاده می‌کند که یکی از کوچک‌ترین توان‌های
کاری موجود است. این طرح نانولیزر می‌تواند در مدارهای مینیاتوری آینده که
شامل افزاره‌های اپتیکی هستند، مفید واقع شود.
این لیزر از یک ماده نیم‌رسانا تحت عنوان گالیوم ایندیوم آرسناید فسفات (GaInAsP)
ساخته ‌شده‌است. اندازه کوچک لیزر و کارایی آن با به‌کارگیری طرحی که برای
اولین بار در انجمن فناوری کالیفرنیا در سال ۱۹۹۹ تحت عنوان لیزر بلور
فوتونیکی ارائه شد، امکان‌پذیر است؛ در این طرح محققان یک الگوی تکراری از
سوراخ‌ها در ماده لیزری ایجاد می‌کنند. این الگو بلور فوتونیکی نامیده می‌شود.
محققان به‌طور عمد یک بی‌نظمی یا نقص در الگوی بلور مثل جابه‌جایی جزئی
مکان دو سوراخ، ایجاد می‌کنند. الگوی بلور فتونیکی به ‌همراه نقص وارد شده
درآن، امواج نوری در ماده را از بین می‌برد؛ به‌استثنای یک باند فرکانسی
کوچک که می‌تواند در نزدیکی نقص بلوری وجود داشته باشد.
نانولیزر جدید دانشگاه ملی یوکوهاما با کار کردن در دمای اتاق و در مُد
گسیل پیوسته، خود را از طرح‌های قبلی متمایز می‌کند. برای یک افزاره لیزری
که وابسته به ‌اثرات ظریف مکانیک کوانتومی ‌است نویزهای تصادفی ناشی از
محیط تقریباً گرم، معمولاً فرایند تولید نور لیزری را با مشکل مواجه می‌کند.
با این حال این لیزر در دمای اتاق کار می‌کند و به ‌جای تولید یک سری پالس،
یک خروجی پیوسته تولید می‌نماید. این عمل پیوسته که مطلوب‌ ماست به دلیل
نیاز به‌ مدیریت دقیق مصرف توان و اتلاف گرما بسیار سخت به دست می‌آید.
با توجه به‌گفته‌های توشی‌هیکو بابا، یکی از محققان یوکوهاما، این نانولیزر
جدید متناسب با ‌اینکه مقدار «Q» چقدر باشد، می‌تواند در دو مد کار کند. Q
همان فاکتور کیفیت است و به‌ توانایی یک سیستم نوسانی برای ‌ادامه نوسان
قبل از خروج انرژی اطلاق می‌شود. یک مثال معمولی از سیستم نوسانی شاخه دیا
پازون است. هر چه مقدار Q آن بالا باشد مدت زمان طولانی‌تری بعد از ضربه
خوردن هم نوسان خواهد کرد. لیزرها نیز سیستم‌های نوسانی هستند؛ زیرا آنها
امواج نوری تولید می‌کنند که به‌ طور متناوب در داخل افزاره بین دو آینه
بازتاب می‌شوند. نانولیزری با Q بالا (۲۰ هزار) برای افزاره‌های اپتیکی در
تراشه‌های ریز (مدارها مجتمع نوری) می‌تواند مفید باشد. در Qهای متوسط
(۱۵۰۰) نانولیزر برای رسیدن به‌ آستانه نیاز به ‌توان خارجی فوق‌العاده
کوچک خواهد داشت. در این وضعیت نزدیک- بی‌آستانه قادر به‌ گسیل نور با توان
بسیار کوچک حتی تا نزدیکی یک فوتون منفرد خواهیم بود.
این محققان نتایج کار خود را در مجله Optics Express منتشر کرده‌اند.