En ny studie visar att organiskt färgämne kombinerat med metalliska nanostrukturer kan ge ultrasnabb laserdynamik med korta och snabbt uppträdande laserpulser.

"Vi ville ta reda på hur snabbt vi kan slå på och stänga av vår laserenhet. Generera laserpulser snabbt kan vara mycket användbart vid informationsbehandling och kan förbättra responsen hos vissa optoelektroniska enheter, "förklarar postdoktor Konstantinos Daskalakis vid Aalto University.

Proverna som används i experimenten är gjorda av guldnanopartiklar placerade på glas och nedsänkta i en organisk, ljusemitterande material. Nanopartiklarna är arrangerade mycket nära varandra i en kvadratisk uppsättning. Elektriska fält lokaliserade runt partiklarna resulterar i höga fältstyrkor som påskyndar molekylär dynamik i det organiska färgämnet.

De elektromagnetiska fälten och de ledande guldpartiklarna interagerar både med varandra och det organiska färgämnet för att generera en riktad laserpuls som är extremt snabb, en biljonedel av en sekund lång.

Att generera en laser av detta slag är lovande för alloptisk omkoppling och avkänning och kommer potentiellt att förbättra hastigheten på optisk telekommunikation och prestanda för enheter som använder ljus för att behandla information, som kameror och transistorer.

Mycket små nanolasers ger vanligtvis inte klart riktade strålar. Att ordna nanopartiklar i en uppsättning förbättrar riktningen avsevärt. Sådana lasrar har redan skapats i flera laboratorier i världen, men deras potential för ultrasnabba pulser har inte bevisats före experimenten vid Aalto University.

Att mäta pulsernas egenskaper är mycket krävande på grund av deras enorma hastighet.

"Den viktigaste prestationen här är att vi har lyckats experimentellt demonstrera att laserpulserna verkligen är ultrasnabba. Lasningen sker i optiska lägen som är ljushybrider och elektroners rörelse i metall. Dessa lägen kallas ytgitteresonanser, ”förklarar akademiprofessorn Päivi Törmä.

Laserljuset pressas först av de metalliska nanopartiklarna till subvåglängdsdimensioner, och sedan flyr den från ytgitteresonanslägena som en picosekund-snabb, koncentrerad laserpuls.

"Dessa typer av metallnanopartiklar är utmärkta för att generera pulserad laserstrålning med hög moduleringshastighet, ”säger doktoranden Aaro Väkeväinen.

Pulsen som genereras från nanopartikel-array-lasern är så snabb att det inte finns några konventionella elektroniska kameror som kan fånga dess dynamik. Forskarna använde en annan laser som en "kamera, "tar mycket snabba bilder av den lilla lasern. Metoden kallas pumpsondspektroskopi.