Лазеры с квантовыми точечными кольцами излучают цветной свет
Исследователи разработали новый тип лазера, называемый квантовым лазерным кольцом, который излучает красный, оранжевый и зеленый свет. Различные цвета излучаются из разных частей квантовой точки — красного цвета из ядра, зеленого цвета из оболочки и оранжевого цвета из комбинации обоих — и их можно легко переключать, контролируя зависимость между свечением излучения от сердечника и оболочки.
Исследователи Борис Ле Фебер, Ферри Принс, Ева Де Лев, Фредди Т. Рабув и Дэвид Дж. Норрис в ETH Zurich, Швейцария, опубликовали статью о новых лазерах в недавнем выпуске Nano Letters.
Работа демонстрирует интересные эффекты, которые возможны с помощью лазеров на основе квантовых точек, которые представляют собой наноразмерные кристаллические сферы из полупроводниковых материалов. В этих лазерах квантовые точки часто покрываются оболочками из другого материала. При освещении оболочки не только излучают собственный свет, но также направляют фотовозбужденные носители (экситоны) к ядрам квантовых точек, что усиливает излучение ядра.
Для создания квантовых точечных лазеров, которые могут переключаться между излучающим светом только из сердечников или только с оболочек, исследователи разработали специальную лазерную полость, которая является центральной частью лазера, ответственной за ограничение и отражение света, пока он не станет очень когерентным. Хотя квантовые точечные лазеры широко исследованы, эффект воздействия лазерной резонаторности на характеристики квантовых точек до сих пор практически не изучен.
В новом исследовании ученые изготовили высококачественные лазерные резонаторы из массивов высокоструктурированных квантовых точек. Полученные в результате лазеры обладают очень высокими коэффициентами качества полостей, почти на порядок превышающими показатели типичных квантовых точечных лазеров.
«Мы смогли продемонстрировать простой подход к изготовлению, который привел к созданию высококачественных кольцевых полостей, которые позволили нам исследовать это поведение «переключения цвета» в лазере с квантовыми точками», — говорит Дэвид Норрис, профессор Материаловедения в ETH Zurich.
Исследователи продемонстрировали, что при низких мощностях новые лазеры излучают красный свет из своих ядер, тогда как при более высоких мощностях они излучают зеленый свет из оболочек. При промежуточных степенях свет исходит как от ядра, так и от оболочки, и поэтому появляется оранжевый цвет. Как объясняют исследователи, можно полностью подавить излучение ядра, поскольку излучение ядра происходит на пикосекундном временном масштабе, тогда как излучение оболочки происходит в субпикосекундном масштабе времени и поэтому может значительно превышать излучение ядра, если мощность лазера достаточно высока.
В будущем уникальные свойства квантовых точечных кольцевых лазеров могут привести к применению в лазерных дисплеях, химическом зондировании и других областях. Но прежде чем эти приложения могут быть реализованы, исследователи планируют дальнейшее улучшение работы лазера.
«Мы демонстрируем эффект «переключения цвета» в своей работе, но изменение цвета происходит при очень высоких мощностях», — сказал Дэвид Норрис. «Дальнейшие исследования необходимы для того, чтобы увидеть, может ли такой же эффект произойти при более разумных мощностях. Это было бы полезно для приложений. К счастью, квантовые точки продолжают улучшаться (с точки зрения их эффективности для лазеров), и мы можем немедленно применить эти улучшения к нашим устройствам».