DTU-forskere laver helt ny form for superhurtig laser

Til venstre ses strukturen, hvor det venstre spejl er helt sædvanligt. Det højre spejl er det særlige Fano-spejl, der opstår ud fra det lille hul og nanokaviteten. Mellem de to spejle findes kvanteprikker, der udsender lys. Laseren udsender korte laserpulser til bølgelederen til højre. Øverst til højre ses reflektionskoefficient (rød) og fase (blå) for lyset, der reflekteres af spejlet. Nederst til højre ses et mikroskopbillede af hele strukturen. Den hvide streg angiver en længde på 1 mikrometer. Den røde plet er det område, hvor der udføres optisk pumpning af laseren. Illustration: DTU, Nature Photonics

Forskere på DTU Fotonik har lavet en ny form for miniature-laser, der er velegnet til anvendelser inden for eksempelvis kommunikation eller sensorer baseret på integreret fotonik.

Ved første øjekast ser det ud, som om den bryder med den traditionelle laserkonfiguration, hvor man har et aktivt medie, der udsender lys, som er placeret mellem to spejle - idet den tilsyneladende kun har et spejl i den ene ende.

En laser behøver to spejle, så lyset kan fare frem og tilbage mellem spejlene inden i laseren og blive forstærket, og hvor kun en lille del slipper ud gennem det ene spejl.

En sådan konfiguration giver det udsendte lys de særlige egenskaber, der er forbundet med laserlys: en meget koncentreret stråle, hvor alle fotoner er i fase. Det er i modsætning til almindeligt lys, der udsendes i mange retninger, og hvor de enkelte fotoner kommer hulter til bulter.

I gaslasere som f.eks. en helium-neon-laser bruger man højreflekterende spejle. I halvlederlasere, hvor lysudsendelsen kommer fra materialer baseret på gallium-arsenid eller indium-phosphid eller lignende kombinationer, vil facetterne på halvlederkrystallen kunne fungere som laserens spejle.

I integreret optik kan man placere små kvanteprikker som aktivt materiale i en fotonisk krystal, der kan være et todimensionelt halvledermateriale med huller. I en sådan struktur kan man forsyne en bølgeleder med et spejl alene dannet ud fra hullerne.

Hul med kobling til nanokavitet

Det er udgangspunktet for den nye laser. Men det særlige er, at den sædvanlige form for spejl kun findes i den ene ende af bølgelederen med det aktive materiale. Ved den anden ende af bølgelederen placeres kun et enkelt mindre hul - eller ingen huller overhovedet - hvorefter bølgelederen fortsætter på den anden side. Det vil normalt ikke være nok til at virke som et effektivt spejl i laseren.

Det smarte ved konfigurationen er en kobling mellem det lille hul og en nanokavitet ved siden af. Det giver en særlig form for resonans opkaldt efter den italiensk-amerikanske fysiker Ugo Fano, som beskrev denne første gang i midten af 1900-tallet.

Denne form for Fano-laser udtænkte og beskrev professor Jesper Mørk teoretisk i en artikel i Physical Review Letters i 2014.

I en ny artikel i Nature Photonics har han nu sammen med bl.a. Yui Yu og Kresten Yvind fra sin forskergruppe præsenteret den første realisering af en sådan Fano-laser.

»Det unikke er, at ‘Fano-spejlet’ kun har en høj refleksionskoefficient i et smalt spektralt område, og at spejlets egenskaber kan kontrolleres via nanokaviteten,« fortæller Jesper Mørk.

I artiklen i Nature Photonics viser forskerne, at de kan opnå meget korte pulser i picosekundområdet fra en sådan laser.

»I den teoretiske artikel viste vi, at sådanne lasere har potentiale til at blive moduleret ved frekvenser over 1 terahertz. Det er to størrelsesordener bedre end de bedste lasere i dag,« beretter Jesper Mørk.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Er lyset fra laseren ligeså monokromatisk og kohærent som lys fra andre typer lasere? Eller er det "mindre" laserlys end normalt?

  • 0
  • 0

"Det er to størrelsesordener bedre end de bedste lasere i dag,« beretter Jesper Mørk"

Kan det mangedoble eksisterende datakablers kapacitet?

  • 0
  • 0

Ja, lyset fra Fano laseren har samme egenskaber som fra andre lasere: Jo kraftigere laseren pumpes, jo smallere bliver den spektrale bredde af det udsendte lys. Men da laseren er meget lille og effekten er lav, er den absolutte værdi af liniebredden højere end for almindelige lasere, som f.eks bruges til telekommunikation

  • 4
  • 0

Det tror jeg desværre ikke - de lasere der bruges til at generere optiske signaler til at sende gennem de optiske fibre skal have en relativt høj effekt, da signalet skal sendes over lange afstande. Men Fano laseren kunne være god til anvendelser i fotoniske chips, hvor afstandene er korte og komponenterne skal være meget små. Jo højere datahastigheden bliver, jo mere fordelagtigt er det at bruge lys til kommunikation og derfor er man interesseret i at erstatte "strømbanerne" med lys. Så på den måde kan laseren være med til at løse fremtidige kapacitetsproblemer.

  • 6
  • 0

Ja, det kan man sagtens, og det gør vi også når vi eksperimenterer med laseren. Men hvis den skal bruges på en chip skal den helst kunne "stå alene", ellers bliver der brugt for meget plads på chippen.

  • 1
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten