محققین دانشگاه آلتو از مدهای تاریک شبکه[۱] نانو ذرات نقره در ایجاد نانو لیزر پلاسمونیک نور مرئی استفاده کردند.
پژوهشگران دانشگاه آلتو (شهر ایسپو، فنلاند) اولین گروهی هستند که نانو لیزر پلاسمونیک را در فرکانسهای نور مرئی توسعه داده و به اصطلاح از مدهای تاریک شبکه استفاده میکنند [۱]. طول عمر نور به دام افتاده در ابعاد نانو لیزر آنقدر کوتاه است که نور تنها حدود ده ها یا صدها بار رفت و برگشت میکند. این نتایج چشم انداز جدیدی را برای منابع نور همدوس بسیار کوچک و فوق سریع با توانایی قرارگیری روی تراشه، باز میکند.
عملکرد این لیزر بر پایه نانو ذرات نقره مرتب شده در یک آرایه متناوب است. بر خلاف لیزرهای معمول با آینه های معمولی، این نانو لیزر از جفت شدگی تابشی بین نانو ذرات نقره استفاده میکند. این ذرات ۱۰۰ نانومتری به عنوان آنتنهای کوچک عمل میکنند. برای ایجاد نور لیزر با شدت بالا، فاصله بین ذرات با طول موج لیزر منطبق میشود تا تمام ذرات به صورت هماهنگ تابش کنند. انرژی ورودی (بهره) مورد نیاز برای لیز دادن از مولکولهای فلورسنت آلی تأمین میشود.
چالش عمده این روش در دستیابی به لیزر، دوام نور در مدت زمان کافی در چنین ابعاد کوچکی است. یک راه حل هوشمندانه برای این مشکل بالقوه که توسط پژوهشگران ارائه شد، تولید لیزر در مدهای تاریک است.
دکتر پایوی تورما میگوید: “مد تاریک با در نظر گرفتن آنتنهای منظم قابل درک است. یک تک آنتن زمانی که تحت تأثیر جریان شروع به کار میکند، به شدت تابش میکند؛ در حالیکه دو آنتن اگر با جریانهای مخالف شروع به کار کنند و بسیار نزدیک به یکدیگر قرار بگیرند، بسیار کم تابش میکنند. بنابراین به طور مشابه حالت تاریک در یک آرایه نانو ذره ای، شامل جریانهای با فاز مخالف در هر نانو ذره است که در حالت عادی فرکانسهای نور مرئی را تابش میکنند.”
آقای تامی هاکالا، یکی از اعضای هیأت علمی میگوید: “حالتهای تاریک برای کاربردهایی با مصرف برق پایین، مورد توجه قرار میگیرد؛ اما بدون استفاده از هیچ ترفندی، لیز دادن حالت تاریک ممکن است کاملاً بدون استفاده باشد زیرا اساساً این نور در آرایش نانو ذره ای به دام افتاده و نمیتواند خارج شود.”
آقای هیکی رکولا، از دانشجویان دکتری میگوید: “با استفاده از یک آرایه کوچک، راه فراری برای نور پیدا کردیم، به صورتیکه از لبه های آرایه، نانو ذرات، بسیار شبیه آنتنهایی رفتار میکنند که به بیرون تابش دارند.”
عملکرد این لیزر بر پایه نانو ذرات نقره مرتب شده در یک آرایه متناوب است. بر خلاف لیزرهای معمول با آینه های معمولی، این نانو لیزر از جفت شدگی تابشی بین نانو ذرات نقره استفاده میکند. این ذرات ۱۰۰ نانومتری به عنوان آنتنهای کوچک عمل میکنند. برای ایجاد نور لیزر با شدت بالا، فاصله بین ذرات با طول موج لیزر منطبق میشود تا تمام ذرات به صورت هماهنگ تابش کنند. انرژی ورودی (بهره) مورد نیاز برای لیز دادن از مولکولهای فلورسنت آلی تأمین میشود.
چالش عمده این روش در دستیابی به لیزر، دوام نور در مدت زمان کافی در چنین ابعاد کوچکی است. یک راه حل هوشمندانه برای این مشکل بالقوه که توسط پژوهشگران ارائه شد، تولید لیزر در مدهای تاریک است.
دکتر پایوی تورما میگوید: “مد تاریک با در نظر گرفتن آنتنهای منظم قابل درک است. یک تک آنتن زمانی که تحت تأثیر جریان شروع به کار میکند، به شدت تابش میکند؛ در حالیکه دو آنتن اگر با جریانهای مخالف شروع به کار کنند و بسیار نزدیک به یکدیگر قرار بگیرند، بسیار کم تابش میکنند. بنابراین به طور مشابه حالت تاریک در یک آرایه نانو ذره ای، شامل جریانهای با فاز مخالف در هر نانو ذره است که در حالت عادی فرکانسهای نور مرئی را تابش میکنند.”
آقای تامی هاکالا، یکی از اعضای هیأت علمی میگوید: “حالتهای تاریک برای کاربردهایی با مصرف برق پایین، مورد توجه قرار میگیرد؛ اما بدون استفاده از هیچ ترفندی، لیز دادن حالت تاریک ممکن است کاملاً بدون استفاده باشد زیرا اساساً این نور در آرایش نانو ذره ای به دام افتاده و نمیتواند خارج شود.”
آقای هیکی رکولا، از دانشجویان دکتری میگوید: “با استفاده از یک آرایه کوچک، راه فراری برای نور پیدا کردیم، به صورتیکه از لبه های آرایه، نانو ذرات، بسیار شبیه آنتنهایی رفتار میکنند که به بیرون تابش دارند.”
Aalto University; http://www.aalto.fi/en/current/news/2017-01-03/
Reference:
[1] T. K. Hakala et al., “Lasing in dark and bright modes of a finite-sized plasmonic lattice,” Nature Communications; DOI:10.1038/NCOMMS13687.
Source: http://www.laserfocusworld.com/articles/2017/01/visible-light-plasmonic-nanolaser-uses-dark-lattice-modes.html