فیزیکدانان گام بزرگی در طراحی نانولیزر برمی دارند

نانولیزرها اخیراً به‌عنوان دسته جدیدی از منابع نوری ظاهر شده‌اند که اندازه آن تنها چند میلیونیم متر است و خواص منحصربه‌فردی به‌طور قابل‌توجهی با لیزرهای ماکروسکوپی متفاوت است. با این حال، تعیین اینکه تابش خروجی نانولیزر در چه جریانی منسجم می‌شود تقریباً غیرممکن است، در حالی که برای کاربردهای عملی، تمایز بین دو رژیم نانولیزر مهم است: عمل لیزر واقعی با خروجی منسجم در جریان‌های بالا و رژیم LED مانند با خروجی نامنسجم در جریان های کم. محققان موسسه فیزیک و فناوری مسکو روشی را توسعه دادند که به شما امکان می دهد در چه شرایطی نانولیزرها به عنوان لیزر واقعی واجد شرایط هستند. این تحقیق در Optics Express منتشر شد.

لیزر به طور گسترده در لوازم خانگی، پزشکی، صنعت، مخابرات و غیره استفاده می شود. چندین سال پیش، لیزرهایی از نوع جدیدی به نام نانولیزر ساخته شد. طراحی آنها شبیه به لیزرهای نیمه هادی معمولی مبتنی بر ساختارهای ناهمسان است که برای چندین دهه شناخته شده است. تفاوت این است که حفره های نانولیزرها به ترتیب طول موج نور ساطع شده از این منابع نوری بسیار کوچک هستند. از آنجایی که آنها بیشتر نور مرئی و مادون قرمز تولید می کنند، اندازه آنها در حدود یک میلیونیم متر است.

در آینده نزدیک، نانولیزرها در مدارهای نوری یکپارچه گنجانده می‌شوند، جایی که برای نسل جدید اتصالات پرسرعت مبتنی بر موجبرهای فوتونیک مورد نیاز هستند، که عملکرد CPU و GPU را تا چندین مرتبه افزایش می‌دهد. به روشی مشابه، ظهور اینترنت فیبر نوری سرعت اتصال را افزایش داده و در عین حال بهره وری انرژی را نیز افزایش داده است.

و این تنها کاربرد ممکن نانولیزرها نیست. محققان در حال حاضر در حال توسعه حسگرهای شیمیایی و بیولوژیکی به اندازه یک میلیونم متر و سنسورهای استرس مکانیکی به اندازه چند میلیاردم متر هستند. همچنین انتظار می رود از نانولیزرها برای کنترل فعالیت نورون ها در موجودات زنده از جمله انسان استفاده شود.

برای اینکه یک منبع تشعشع به عنوان لیزر واجد شرایط باشد، باید تعدادی از الزامات را برآورده کند، یکی از اصلی‌ترین آنها این است که باید تشعشع منسجمی منتشر کند. یکی از خصوصیات متمایز لیزر که ارتباط تنگاتنگی با انسجام دارد، وجود آستانه لیزری است. در جریان‌های پمپ زیر این مقدار آستانه، تابش خروجی عمدتاً خود به خود است و از نظر خواص با خروجی دیودهای ساطع نور معمولی (LED) تفاوتی ندارد. اما به محض رسیدن به جریان آستانه، تابش منسجم می شود. در این مرحله طیف انتشار یک لیزر ماکروسکوپی معمولی باریک می شود و توان خروجی آن افزایش می یابد. ویژگی دوم یک راه آسان برای تعیین آستانه لیزر فراهم می کند - یعنی با بررسی اینکه چگونه توان خروجی با جریان پمپ تغییر می کند.