Ana Sayfa Fizik Fizikçiler nanolazer ile tasarımında büyük adım atıyor

Fizikçiler nanolazer ile tasarımında büyük adım atıyor

159
0
  Okuma Süresi:   Bu yazıyı  " 6 "  dakikada okuyabiliriniz.
physiciststa
physiciststa
Sitemin tek geliri olan reklamları görüntülemek için AdBlock eklentinizi kapatırsanız sevinirim 🙂

Lazerler yaygın olarak ev aletleri, ilaç, sanayi, telekomünikasyon ve diğer alanlarda kullanılmaktadır. Birkaç yıl önce, bilim adamları nanolaserler tanıttı. Tasarımları, birkaç on yıl boyunca ortak kullanımda olan hetero-yapılara dayanan geleneksel yarı iletken lazerlere benzer. Fark, nanolaserlerin boşluklarının yaydıkları ışığın dalga boyu sırasına göre son derece küçük olmasıdır. Çoğunlukla görünür ve kızılötesi ışık ürettikleri için, boyut metrenin milyonda biri düzeyindedir.

Nanolaserler makroskopik lazerlerden oldukça farklı benzersiz özelliklere sahiptir. Bununla birlikte, nanolaserin çıkış radyasyonunun hangi akımda tutarlı olduğunu belirlemek neredeyse imkansızdır; Ek olarak, pratik uygulamalar için, nanolaserin iki rejimini birbirinden ayırmak önemlidir: yüksek akımlarda tutarlı bir çıkışa sahip gerçek kalıcı eylem ve düşük akımlarda tutarsız çıkışlı LED benzeri rejim. Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü’nden araştırmacılar, nanolaserlerin hangi koşullar altında gerçek lazerler olarak nitelendirilebileceğini belirlemek için bir yöntem geliştirdiler. Araştırma Optics Express’te yayınlandı.

Yakın gelecekte, nanolaserler, CPU’ların ve GPU’ların performansını birkaç büyüklük sırasına göre artıracak olan fotonik dalga kılavuzlarına dayanan yeni nesil yüksek hızlı ara bağlantılar için gerekli olan entegre optik devrelere dahil edilecekler. Benzer şekilde, fiber optik internetin ortaya çıkışı, enerji verimliliğini arttırırken, bağlantı hızlarını da arttırdı.

Ve bu, nanolaserlerin mümkün olan tek uygulaması değil. Araştırmacılar zaten bir metrenin milyarda biri kadar kimyasal ve biyolojik sensörler, bir metrenin milyarda biri kadar küçük mekanik stres sensörleri geliştiriyorlar. Nanolaserların ayrıca insanlar dahil canlı organizmalarda nöron aktivitesini kontrol etmek için kullanılması bekleniyor.


Bir radyasyon kaynağının bir lazer olarak nitelendirilebilmesi için, esas olarak tutarlı radyasyon yayması gereken bir takım gereklilikleri yerine getirmesi gerekir. Tutarlılıkla yakından ilişkili bir ayırt edici özellik, kalıcı bir eşik değerinin varlığıdır. Bu eşik değerin altındaki pompa akımlarında, çıkış radyasyonu çoğunlukla kendiliğindendir ve özelliklerinde geleneksel ışık yayan diyotların (LED’ler) çıkışından farklı değildir. Ancak eşik akımına ulaşıldığında, radyasyon tutarlı hale gelir. Bu noktada, geleneksel bir makroskopik lazerin emisyon spektrumu daralır ve çıkış gücü artar. İkinci özellik, kalıcı eşiği belirlemek için kolay bir yol sağlar – yani, çıkış gücünün pompa akımına göre nasıl değiştiğini araştırmak suretiyle (şekil 1A).

Birçok nanolaser, geleneksel makroskopik meslektaşlarının yaptıkları gibi davranarak eşik akımı gösterir. Bununla birlikte, bazı cihazlarda, çıkış gücü pompa akımı eğrisine karşı çıkış gücü analiz edilerek belirlenir, çünkü özel bir özelliği yoktur ve log-log ölçeğinde sadece düz bir çizgidir (şekil 1B’deki kırmızı çizgi). Bu tür nanolaserler “eşiksiz” olarak bilinir. Bu şu soruyu ortaya koyuyor: Radyasyonları hangi akımda tutarlı veya lazer gibi oluyor?

Buna cevap vermenin en açık yolu tutarlılığı ölçmektir. Bununla birlikte, emisyon spektrumunun ve çıkış gücünün aksine, nanolaserlerde tutarlılığın ölçülmesi çok zordur, çünkü bu, bir saniyenin trilyonunda yoğunluk dalgalanmalarını kaydedebilen ekipman gerektirir, ki bu bir nanolaserde iç işlemlerin meydana geldiği zaman çizelgesidir .

Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü’nden Andrey Vyshnevyy ve Dmitry Fedyanin, teknik açıdan zorlayıcı doğrudan tutarlılık ölçümlerini atlamanın bir yolunu buldular. Nanolaser radyasyonunun tutarlılığını ölçmek için ana lazer parametrelerini kullanan bir yöntem geliştirdiler. Araştırmacılar tekniğinin herhangi bir nanolaser için eşik akımını belirlemeye izin verdiğini iddia ediyor (Şekil 1B). “Eşiksiz” bir nanolaserin bile, aslında LED ile kalıcı rejimleri ayıran ayrı bir eşik akımına sahip olduğunu buldular. Yayılan radyasyon bu eşik akımın altında tutarsız ve üzerinde tutarlıdır.

Şaşırtıcı bir şekilde, bir nanolaserin eşik akımının, makroskobik lazerlerde kalıcı eşiğin belirti belirtileri olan çıkış spektrumunun özellikleri veya emisyon spektrumunun daralması ile hiçbir şekilde ilişkili olmadığı ortaya çıkmıştır. Şekil 1B, çıktı karakteristiğinde iyi belirgin bir kıvrılma görülse bile, kalıcı rejime geçişin daha yüksek akımlarda gerçekleştiğini açıkça göstermektedir. Lazer bilimcilerin nanolaserlardan bekleyemedikleri şey işte budur.

“Hesaplamalarımız, nanolaserler hakkındaki çoğu makalede, kalıcı rejime ulaşılmadığını gösteriyor. Çıktı karakteristiğindeki dolandırıcılık üzerinde ölçümler yapan araştırmalara rağmen, nanolaser emisyonunun gerçek kalıcı eşik değerinin dolandırıcılık değerinin üzerindeki büyüklük dereceleri olması nedeniyle tutarsız olduğunu, “Dmitry Fedyanin diyor. Andrey Vyshnevyy, “Çok sık olarak, nanolaserin kendiliğinden ısınması nedeniyle tutarlı bir çıktı elde etmek imkansızdı” diye ekliyor.

Bu nedenle, yanıltıcı kalıcı eşiği gerçek olandan ayırt etmek son derece önemlidir. Hem tutarlılık ölçümleri hem de hesaplamalar zor olsa da, Vyshnevyy ve Fedyanin herhangi bir nanolasere uygulanabilecek basit bir formül buldu. Bu formülü ve çıkış karakteristiğini kullanarak, nanolaser mühendisleri artık oluşturdukları yapıların eşik akımını hızla ölçebiliyorlar (bkz. Şekil 2).

Vyshnevyy ve Fedyanin tarafından bildirilen bulgular, nanolaser radyasyonunun (tasarımından bağımsız olarak) tutarlılık gösterdiği noktayı önceden tahmin etmeyi sağlar. Bu, mühendislerin önceden belirlenmiş özelliklere ve garantili tutarlılığa sahip nano ölçekli lazerleri deterministik olarak geliştirmelerini sağlayacaktır.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz