Från kassadiskar i stormarknader till ljusshower på konserter, lasrar finns överallt, och de är en mycket effektivare ljuskälla än glödlampor. Men de är inte billiga att tillverka.

En ny studie från Northwestern University har konstruerat en mer kostnadseffektiv laserdesign som ger flerfärgslasering och erbjuder ett steg framåt inom chipbaserade lasrar och miniatyrisering. Fynden kan tillåta krypterad, kodad, redundant och snabbare informationsflöde i optiska fibrer, samt medicinsk avbildning i flera färger av sjuk vävnad i realtid.

Studien publicerades 10 juli i Naturens nanoteknik .

"I vårt arbete, vi visade att multimodal lasring med kontroll över de olika färgerna kan uppnås i en enda enhet, " sa seniorförfattaren Teri W. Odom, en Charles E. och Emma H. ​​Morrison professor i kemi vid Weinberg College of Arts and Sciences i Northwestern. "Jämfört med traditionella lasrar, vårt arbete är oöverträffat för dess stabila multimodala nanoskalalasring och vår förmåga att uppnå detaljerad och fin kontroll över lasrstrålarna."

Detta arbete ger nya insikter i designen och mekanismen för multimodal nanoskalalasring baserad på strukturell ingenjörskonst och manipulering av de optiska bandstrukturerna hos nanopartikelsupergitter. Genom att använda denna teknik, forskarna kan kontrollera ljusets färg och intensitet genom att helt enkelt variera dess kavitetsarkitektur. Nanopartikel-supergitter - ändliga uppsättningar av metallnanopartiklar grupperade i mikroskala-arrayer - integrerade med vätskeförstärkning erbjuder en plattform för att komma åt olika färger med inställbara intensiteter helt enkelt beroende på gittrets geometriska parametrar.

Detta i motsats till nuvarande lasrar som studsar ljus mellan två speglar och är optimerade genom mycket omsorg och ingenjörskonst för att säkerställa att endast en färg – eller våglängd – sänds ut. För närvarande i branschen, flerfärgslaserutgång är endast möjlig genom att sätta ihop många enfärgslasrar. Detta nya arbete ger en strategi för att eliminera kostsamma tillverkningsprocesser och för att direkt producera flera, stabila lasringstoppar från en enda enhet. "I människor, vår uppfattning om världen skulle vara begränsad om vi bara "såg" i en enda färg, " sade Odom. "Flera färger är avgörande för att vi ska kunna ta emot och bearbeta information samtidigt, och på samma sätt, flerfärgslasrar har potential för enorma fördelar i det dagliga livet."

I framtiden, Odom sa att hon och hennes team är intresserade av att designa vita nanolasrar genom att täcka blått, gröna och röda våglängder samtidigt. Deras tillvägagångssätt borde tillåta dem att ändra "vitheten" genom att kontrollera den relativa intensiteten av det blå, grön, röda kanaler. Dessutom, detta nya arbete erbjuder möjligheter för ultrakänslig avkänning i kemiska processer (olika molekyler kan övervakas samtidigt) och cellulär avbildning på plats i flera färger (olika färgmärken skulle exciteras av olika laserfärger och olika biologiska processer kan korreleras).