Skanningelektronmikrograf av en polymer WGM split-disk-kavitet:Två motstående halvskivor (R =25μm) med ett mellanliggande luftgap på flera mikron är strukturerade på ett elastomert PDMS-substrat med direkt laserskrivning. Upphovsman:Tobias Siegle, Karlsruhe Institute of Technology
Viskande galleriläge (WGM) resonatorer används för att göra små mikrolasrar, sensorer, omkopplare, routrar och andra enheter. Dessa små strukturer förlitar sig på ett fenomen som liknar en effekt som observeras i cirkulära gallerier, som i vissa katedraler eller museer, där ljudvågor färdas över galleriet och reflekteras och fokuseras tillräckligt hårt så att en viskning på ena sidan kan höras på den andra.
Samma fenomen gäller ljus. När ljus lagras i ringformade eller sfäriska aktiva resonatorer, vågorna överlagrar på ett sådant sätt att det kan resultera i laserljus. Denna vecka i APL Photonics , utredare rapporterar en ny typ av färgdopad WGM-mikrolaser som producerar ljus med avstämbara våglängder. Inte bara är inställningsområdet för de nya enheterna bredare än vad som varit möjligt tidigare, den är helt reversibel.
En unik egenskap i designen, enligt huvudförfattaren Tobias Siegle från Karlsruhe Institute of Technology i Tyskland, är att avstämning är möjlig genom att ändra storleken på ett flexibelt substrat. Sträckning av substratet ändrar avståndet mellan de två sidorna av den delade skivan i resonatorn och därmed, ljusets våglängd.
Själva skivan är vanligtvis cirka 25 mikron tvärs över, med ett initialt gap mellan dess två halvor på ungefär 2,5 mikron, bara 3 procent diametern på ett typiskt människohår. Skivan är monterad på en elastomer, eller stretchigt plastsubstrat, som kan dras i en riktning vinkelrätt mot diskens delning, minskar gapstorleken. Ljuset som produceras av dessa mikrolasrar förskjuts mot spektrumets blå område när gapstorleken minskar. De observerade våglängdsskiftningar på flera nanometer inom det synliga området.
"Vår nya design ger ett brett inställningsintervall som inte lätt kan uppnås med andra WGM -resonatorer, "Siegle sa." Dessutom, inställningsmekanismen är helt reversibel. "
Schematisk illustration av trimningsprocessen:Spalten och därmed resonansvåglängden för split-skivor kan ställas in genom att mekaniskt sträcka substratet (blå pilar) och utnyttja substratets laterala kontraktion (gröna pilar). Upphovsman:Tobias Siegle, Karlsruhe Institute of Technology
Denna funktion gör att enheten kan användas i grundläggande optikforskning. En annan egenskap hos split-disk-tekniken är ökad känslighet vid brytningsindexavkänning.
"För en gapbredd på 1,4 mikron, avkänningsförmågan ökas med 65 procent, "Siegle sa, vid jämförelse med en referensdiskresonator utan mellanrum.
De mest användbara enheterna har en låg lasertröskel, eftersom detta tillåter användning av små mängder energi. En låg tröskel minskar eller förhindrar foto-blekning av färgmolekylerna som används i enheten och ökar dess förväntade livslängd. Utredarna testade sin design och hittade lågtröskellasning för delade skivor tillverkade med hjälp av en 3D-teknik eller elektronstråle litografiteknik.
En annan kvantitet de studerade är kvaliteten, eller Q -faktor, vilket motsvarar fotonlagringstiden i laserkaviteten. Ett högt Q -värde är önskvärt, och även om utredarna fann att deras split-disk-design reducerade Q något, lasströskeln låg inom ett lämpligt intervall, gör designen värdefull.
Framtida arbete kommer att fokuseras på att utveckla avstämbara kopplade resonatorvågledare, som kan användas som optiska fördröjningslinjer eller filter, och i andra applikationer.
