Sob quais condições Nanolasers se qualificam como verdadeiros lasers?

• A luz coerente gerada por nanolasers é difícil de medir.
• Os pesquisadores descobrem um método para realizar essas medições desafiadoras.
• Eles desenvolvem uma fórmula simples para descobrir em que condições os nanolasers se qualificam como verdadeiros lasers.

Nos últimos dois anos, os nanolasers surgiram como um novo tipo de fonte de luz com o tamanho de cerca de um bilionésimo de metro. Suas propriedades únicas o diferenciam dos lasers macroscópicos.

O projeto dos nanolasers é muito semelhante ao dos lasers de semicondutores baseados em heteroestrutura tradicionais. No entanto, suas cavidades são extremamente pequenas:na magnitude do comprimento de onda da luz (infravermelho e luz visível).

Nos próximos anos, nanolasers serão usados ​​em circuitos ópticos integrados para aumentar o desempenho de GPUs e CPUs e aumentar as velocidades de conexão de internet via fibra óptica em várias ordens de magnitude. Também pode ser incorporado com técnicas que são usadas para controlar a atividade dos neurônios em organismos vivos.

Atingindo coerência em Nanolasers

Há um grande problema com nanolasers:não sabemos em que ponto (atual) sua radiação de saída se torna coerente. Para aplicações do mundo real, é crucial diferenciar entre 2 fases do nanolaser:a fase semelhante a LED com saída incoerente em baixas correntes e a verdadeira ação lasing com saída coerente em altas correntes.

Para se qualificar como um laser real, a fonte de radiação deve cumprir alguns requisitos. O mais importante é que deve ejetar radiação coerente. A coerência é alcançada acima de um ponto denominado limite de laser. Abaixo deste ponto, a fonte emite radiação espontânea que não é diferente das saídas dos LEDs tradicionais.



Este limite de laser pode ser determinado analisando a relação entre a corrente da bomba e a potência de saída (figura 1A). No entanto, alguns equipamentos não apresentam características especiais (linha vermelha na figura 1b), o que torna muito difícil apontar o valor limite na curva de corrente da bomba versus potência de saída. Este tipo de nanolasers é denominado ‘sem limiar’.

Nova fórmula para medir a coerência diretamente

A luz coerente gerada por nanolasers é difícil de medir porque requer instrumentos delicados para capturar as flutuações de intensidade em bilionésimos de milissegundo.

Cientistas do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou descobriram um método para realizar medições tão difíceis. Envolve quantificar a coerência da radiação do nanolaser usando os principais parâmetros do laser.

Referência:Optics Express | doi:10.1364 / OE.26.033473 | MIPT

O método pode ser usado para localizar a corrente de limite para quase todos os nanolasers, incluindo nanolasers ‘sem limite’, que têm um valor de limite distinto que isola as fases de laser e LED. A radiação ejetada pelos nanolasers é coerente acima desse limite de corrente e incoerente abaixo dele.

Anteriormente, era quase impossível obter radiação coerente devido à natureza de autoaquecimento dos nanolasers. Assim, distinguir o limite de laser real do ilusório é bastante crucial.



Para fazer isso, os pesquisadores desenvolveram uma fórmula simples que pode ser universalmente empregada para todos os nanolasers. Utilizando essa fórmula junto com os parâmetros de entrada-saída (figura 2), os físicos podem medir rapidamente o valor limite de qualquer estrutura que construam.

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Este novo estudo torna fácil prever (com antecedência) em que corrente de bomba o nanolaser produzirá radiação coerente, independentemente de seu design. Isso ajudará os físicos a projetar e construir nanolasers com características predeterminadas e coerência garantida.