Forskare har designat en ny typ av laser som kallas en kvantpunktsringlaser som avger rött, orange, och grönt ljus. De olika färgerna emitteras från olika delar av kvantpunkten – röd från kärnan, grönt från skalet, och orange från en kombination av båda – och kan enkelt växlas genom att kontrollera konkurrensen mellan ljusemission från kärnan och skalet.

Forskarna, Boris le Feber, Ferry Prins, Eva De Leo, Freddy T. Rabouw, och David J. Norris, vid ETH Zürich, Schweiz, har publicerat ett papper om de nya lasrarna i ett färskt nummer av Nanobokstäver .

Arbetet visar de intressanta effekter som är möjliga med lasrar baserade på kvantprickar, som är kristallsfärer i nanostorlek gjorda av halvledande material. I dessa lasrar, kvantprickarna är ofta belagda med skal av ett annat material. När den är upplyst, skalen avger inte bara sitt eget ljus, men de kanaliserar också fotoexciterade bärare (excitoner) till kärnorna i kvantprickarna, vilket förbättrar laserns kärnljusemission.

För att göra kvantpunktslasrar som kan växla mellan att sända ljus från bara kärnorna eller bara skalen, forskarna designade en speciell laserkavitet, som är den centrala delen av lasern som ansvarar för att begränsa och reflektera ljus tills det blir mycket koherent. Även om kvantpunktslasrar har undersökts mycket, effekten av laserkaviteten på kvantpunktlaserns prestanda har till stor del varit outforskad tills nu.

I den nya studien, forskarna tillverkade högkvalitativa laserkaviteter gjorda av uppsättningar av högstrukturerade kvantpunktsringar. De resulterande lasrarna uppvisar mycket höga kavitetskvalitetsfaktorer - nästan en storleksordning högre än de för typiska kvantpunktslasrar, som vanligtvis har slumpmässiga hålrum.

"Vi kunde demonstrera en enkel tillverkningsmetod som ledde till högkvalitativa ringhåligheter som gjorde det möjligt för oss att utforska detta "färgbyte"-beteende i en kvantpunktslaser, "Norris, Professor i materialteknik vid ETH Zürich, berättade Phys.org . "I hålrum av dålig kvalitet är det osannolikt att vi skulle ha kunnat observera denna effekt."

Forskarna visade att vid låg effekt, de nya lasrarna avger rött ljus från sina kärnor, medan högre makter, de avger grönt ljus från skalen. Vid mellankrafter, ljuset kommer från både kärnan och skalet, och så ser orange ut. Som forskarna förklarar, det är möjligt att helt strypa kärnemissionen eftersom kärnemissionen sker på en pikosekund tidsskala, medan skalutsläpp sker på en tidsskala under pikosekunder och kan därför kraftigt överstiga kärnutsläpp, så länge lasereffekten är tillräckligt hög.

I framtiden, de unika egenskaperna hos kvantpunktsringlasrarna kan leda till tillämpningar i laserskärmar, kemisk avkänning, och andra områden. Men innan dessa applikationer kan realiseras, forskarna planerar att ytterligare förbättra laserns prestanda.

"Vi demonstrerar "färgväxlingseffekten" i det här arbetet, men färgförändringen sker vid mycket höga effekter, ", sa Norris. "Ytterligare forskning krävs för att se om samma effekt kan inträffa vid mer rimliga krafter. Detta skulle vara användbart för applikationer. Lyckligtvis, kvantprickar fortsätter att förbättras (när det gäller deras prestanda för lasrar), och vi kan omedelbart tillämpa dessa förbättringar på våra enheter."

© 2018 Phys.org