Nanolaser straalt in alle richtingen

31 december 2018, 11:37
Een proefstuk van het nieuwe lasermateriaal. Het bevat tien vierkantjes met daarin telkens een ander patroon van zilverstippen. De zichtbare kleuren op het proefstuk zijn niet het laserlicht (de laser is niet aan op deze foto), maar zijn reflecties net als bij een CD (foto: Alexei Halpin, TU Eindhoven).
Een proefstuk van het nieuwe lasermateriaal. Het bevat tien vierkantjes met daarin telkens een ander patroon van zilverstippen. De zichtbare kleuren op het proefstuk zijn niet het laserlicht (de laser is niet aan op deze foto), maar zijn reflecties net als bij een CD (foto: Alexei Halpin, TU Eindhoven).

Onderzoekers van de TU Eindhoven en DIFFER hebben een energiezuinig type nanolaser ontwikkeld die in alle richtingen straalt. Dat de laser rondom licht geeft, komt door iets dat normaal gesproken zeer onwenselijk is in nanotechnologie: foutjes in het materiaal. De onderzoekers voorzien veel mogelijke toepassingen. Het onderzoek is gepubliceerd in Physical Review Letters.

Perfect

De structuren die worden gemaakt in de nanowetenschap zijn zo klein dat het vrijwel onmogelijk is om ze perfect te maken. Een dergelijk gebrek aan grip op de exacte vorm en samenstelling is normaal gesproken een vloek voor wetenschap en technologie. Een Eindhovens onderzoekscollectief wist daar echter voordeel uit te halen. Het team liet bewust een beetje wanorde toe in het materiaal dat ze gebruikten om nanolasers te construeren. Dat kleine beetje wanorde zorgde voor een grote verandering: de laser scheen niet meer slechts in één richting, maar in alle richtingen.

Laserdrempel

Een normale laser ‘kloont’ elk foton vele malen in een stukje materiaal met spiegels aan de uiteinden. De fotonen bewegen daartussen op en neer en creëren op hun weg andere fotonen met dezelfde eigenschappen. Een van de spiegels laat een beetje licht door, en daar treedt de laserstraal uit. Om dit tot stand te brengen wordt er spanning op het materiaal gezet of wordt hoogenergetisch licht ingestraald. Het minimum aan energie dat nodig is om laserlicht te creëren, wordt de laserdrempel genoemd.

Polaritonlaser

Een polaritonlaser werkt anders. Die kloont geen fotonen, maar groepeert verschillende fotonen die daardoor gelijksoortig worden. Dit proces lijkt een beetje op de condensatie van water, waarbij waterdampmoleculen die eerst nog kriskras bewogen, samen druppels vormen. Door de ‘condensatie’ van fotonen ontstaat intens gericht licht: laserlicht. Een belangrijk voordeel van dit type laser is dat de laserdrempel veel lager is. Tot voor kort werkten polaritonlasers alleen bij extreem lage temperaturen. Door gebruik van organische materialen werken ze inmiddels zelfs op kamertemperatuur.

Plastic

De onderzoekers van de TU Eindhoven en DIFFER hebben nu een nieuw type polaritonlaser ontdekt. Die bestaat uit een regelmatig patroon van zilveren nanostreepjes op een stukje gekleurd, doorzichtig plastic. Met dit principe wisten de onderzoekers eerder al een nanolaser te maken, maar nu zijn die zilveren streepjes bewust niet helemaal perfect gemaakt, met als resultaat laserlicht in alle richtingen. De eigenschappen van dit licht worden vooral bepaald door de kleurstofmoleculen in het plastic.

Mogelijkheden

In vergelijking met LED’s is het licht veel helderder en nauwer afgebakend. Daarom kan de nieuwe laser geschikt zijn voor verlichting bij microscopen, waar nu LED’s nog de standaard zijn. LIDAR is een andere mogelijke toepassing . De huidige LIDAR-systemen hebben een of meer lasers en een set snel bewegende spiegels om een groot oppervlak te bereiken. Een laser die alle kanten uit schijnt, heeft die spiegels niet nodig, waardoor de systemen veel eenvoudiger zouden kunnen worden.

Bron: TU Eindhoven

Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items