En liten laser som består av en rad halvledarcylindrar i nanoskala (se bild) har tillverkats av ett helt A*STAR-team. Detta är första gången som lasring har uppnåtts i icke-metalliska nanostrukturer, och det lovar att leda till miniatyrlasrar som kan användas i ett brett utbud av optoelektroniska enheter.

Mikroskallasrar används ofta i enheter som CD- och DVD-spelare. Nu, optiska ingenjörer utvecklar lasrar i nanoskala – så små att de inte kan ses av det mänskliga ögat.

En lovande metod är att använda arrayer av små strukturer gjorda av halvledare med ett högt brytningsindex. Sådana strukturer fungerar som små antenner, resonans vid specifika våglängder. Dock, det har varit utmanande att använda dem för att konstruera en kavitet – hjärtat av en laser, där ljuset studsar runt samtidigt som det förstärks.

Nu, Arseniy Kuznetsov, Son Tung Ha, Ramón Paniagua-Domínguez, och deras kollegor vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering har övervunnit detta problem genom att utnyttja en mycket ovanlig typ av stående våg som förblir på ett ställe trots att de samexisterar med ett kontinuerligt spektrum av strålande vågor som kan transportera bort energi. Först förutspått av kvantmekaniken, denna våg demonstrerades experimentellt i optik för ungefär ett decennium sedan.

Det fanns ett element av serendipity i uppfinningen. "Vi planerade initialt att skapa en laser bara baserad på diffraktiva resonanser i arrayen, " påminner Kuznetsov. "Men efter att ha tillverkat prover och testat dem, vi upptäckte denna starka förbättring vid en annan våglängd än förväntat. När vi gick tillbaka och gjorde ytterligare simuleringar och analyser, vi insåg att vi hade skapat dessa speciella vågor."

Demonstrationen är kulmen på fem års forskning av teamet. Det var en kapplöpning mot tiden, eftersom andra grupper också arbetade med att utveckla aktiva nanoantenner, Kuznetsov noterar. "Tills nu, lasring har inte realiserats i nanoantennstrukturer, " säger han. "Så det är ett stort steg för den dielektriska nanoantenngemenskapen."

Deras laser har också fördelar jämfört med andra typer av miniatyrlasrar. För det första, riktningen för dess smala, väldefinierad stråle kan enkelt kontrolleras – denna manövrerbarhet behövs ofta i enhetsapplikationer. Också, eftersom nanocylindrarna är ganska glest fördelade, lasern är mycket transparent, vilket är fördelaktigt för flerskiktsenheter som innehåller andra optiska komponenter.

Teamet arbetar nu med att utveckla lasrar som kan exciteras elektriskt, snarare än av ljus som i denna studie, vilket skulle vara ett stort framsteg mot att förverkliga kommersiella nanolasrar.