При каких условиях нанолазеры считаются настоящими лазерами?

• Когерентный свет, генерируемый нанолазерами, трудно измерить.
• Исследователи открывают способ проведения таких сложных измерений.
• Они разработали простую формулу, чтобы выяснить, при каких условиях нанолазеры считаются настоящими лазерами.

За последние пару лет нанолазеры превратились в новый вид источника света, размер которого составляет примерно одну миллиардную метра. Его уникальные свойства отличают его от макроскопических лазеров.

Конструкция нанолазеров очень похожа на конструкцию традиционных полупроводниковых лазеров на основе гетероструктур. Однако их полости крайне малы:по величине длины волны света (инфракрасный и видимый свет).

В ближайшие годы нанолазеры будут использоваться в интегральных оптических схемах для повышения производительности графических процессоров и процессоров, а также увеличения скорости интернет-соединения через оптоволокно на несколько порядков. Его также можно объединить с методами, которые используются для контроля активности нейронов в живых организмах.

Достижение когерентности в нанолазерах

С нанолазерами существует одна серьезная проблема:мы не знаем, в какой момент (текущий) его выходное излучение становится когерентным. Для реальных приложений крайне важно различать две фазы нанолазера:фазу, подобную светодиоду, с некогерентным выходом при малых токах и истинную генерацию с когерентным выходом при высоких токах.

Чтобы квалифицироваться как настоящий лазер, источник излучения должен соответствовать нескольким требованиям. Самый важный из них - это излучение когерентного излучения. Когерентность достигается выше точки, называемой порогом генерации. Ниже этой точки источник испускает спонтанное излучение, которое ничем не отличается от излучения традиционных светодиодов.

Этот порог генерации может быть определен путем анализа зависимости между током накачки и выходной мощностью (рисунок 1A). Однако у некоторого оборудования нет особых характеристик (красная линия на рисунке 1b), что очень затрудняет точное определение порогового значения на кривой зависимости тока накачки от выходной мощности. Этот тип нанолазеров называется «беспороговым».

Новая формула для прямого измерения когерентности

Когерентный свет, генерируемый нанолазерами, трудно измерить, потому что для этого требуются тонкие инструменты, позволяющие улавливать колебания интенсивности с точностью до миллиардных долей миллисекунды.

Ученые Московского физико-технического института открыли метод проведения таких сложных измерений. Он включает количественную оценку когерентности излучения нанолазера с использованием основных параметров лазера.

Ссылка:Optics Express | doi:10.1364 / OE.26.033473 | МФТИ

Этот метод можно использовать для точного определения порогового тока почти для всех нанолазеров, включая «беспороговые» нанолазеры, которые имеют определенное пороговое значение, изолирующее фазы генерации и светодиодов. Излучение, испускаемое нанолазерами, когерентно выше этого порогового тока и некогерентно ниже него.

Ранее получить когерентное излучение было практически невозможно из-за саморазогрева нанолазеров. Таким образом, отличить реальный порог генерации от иллюзорного очень важно.

Для этого исследователи разработали простую формулу, которая универсально применима ко всем нанолазерам. Используя эту формулу вместе с параметрами ввода-вывода (рис. 2), физики могут быстро измерить пороговое значение любой конструкции, которую они строят.

Прочтите:Существующие лазерные технологии достаточно сильны, чтобы привлечь инопланетян на расстоянии 20000 световых лет

Это новое исследование позволяет легко предсказать (заранее), при каком токе накачки нанолазер будет давать когерентное излучение независимо от его конструкции. Это поможет физикам разрабатывать и создавать нанолазеры с заданными характеристиками и гарантированной согласованностью.