¿Bajo qué condiciones los nanolasers califican como verdaderos láseres?

• La luz coherente generada por nanoláseres es difícil de medir.
• Los investigadores descubren un método para realizar mediciones tan desafiantes.
• Desarrollan una fórmula simple para averiguar bajo qué condiciones los nanolasers califican como verdaderos láseres.

En un par de años recientes, los nanoláseres han surgido como un nuevo tipo de fuente de luz que tiene un tamaño de aproximadamente una milmillonésima parte de un metro. Sus propiedades únicas lo distinguen de los láseres macroscópicos.

El diseño de los nanoláseres es muy similar al de los láseres semiconductores tradicionales basados ​​en heteroestructura. Sin embargo, sus cavidades son extremadamente pequeñas:en la magnitud de la longitud de onda de la luz (luz visible e infrarroja).

En los próximos años, los nanoláseres se utilizarán en circuitos ópticos integrados para aumentar el rendimiento de las GPU y CPU, y aumentar las velocidades de conexión a Internet a través de fibra óptica en varios órdenes de magnitud. También se puede incorporar con técnicas que se utilizan para controlar la actividad neuronal en organismos vivos.

Lograr la coherencia en los nanoláseres

Hay un problema importante con los nanoláseres:no sabemos en qué punto (actual) su radiación de salida se vuelve coherente. Para aplicaciones del mundo real, es crucial diferenciar entre 2 fases del nanoláser:la fase tipo LED con salida incoherente a bajas corrientes y la verdadera acción láser con salida coherente a altas corrientes.

Para calificar como un láser real, la fuente de radiación debe cumplir algunos requisitos. El más importante es que debe expulsar radiación coherente. La coherencia se logra por encima de un punto llamado umbral láser. Por debajo de este punto, la fuente emite radiación espontánea que no es diferente de las salidas de los LED tradicionales.

Este umbral láser se puede determinar analizando la relación entre la corriente de la bomba y la potencia de salida (figura 1A). Sin embargo, algunos equipos no presentan características especiales (línea roja en la figura 1b), lo que hace que sea muy difícil precisar el valor umbral en la curva de la corriente de la bomba frente a la potencia de salida. Este tipo de nanoláseres se denomina "sin umbral".

Nueva fórmula para medir la coherencia directamente

La luz coherente generada por nanoláseres es difícil de medir porque requiere instrumentos delicados para capturar las fluctuaciones de intensidad en mil millonésimas de milisegundo.

Los científicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú han descubierto un método para realizar mediciones tan difíciles. Implica cuantificar la coherencia de la radiación nanoláser utilizando los principales parámetros del láser.

Referencia:Optics Express | doi:10.1364 / OE.26.033473 | MIPT

El método se puede utilizar para identificar el umbral de corriente para casi todos los nanoláseres, incluidos los nanoláseres "sin umbral", que tienen un valor umbral distinto que aísla las fases láser y LED. La radiación expulsada por los nanoláseres es coherente por encima de este umbral de corriente e incoherente por debajo de él.

Anteriormente, era casi imposible obtener una radiación coherente debido a la naturaleza de autocalentamiento de los nanoláseres. Por lo tanto, distinguir el umbral láser real del ilusorio es bastante crucial.

Para hacer esto, los investigadores desarrollaron una fórmula simple que se puede emplear universalmente para todos los nanoláseres. Al utilizar esta fórmula junto con los parámetros de entrada y salida (figura 2), los físicos pueden medir rápidamente el valor umbral de cualquier estructura que construyan.

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Este nuevo estudio hace que sea fácil predecir (de antemano) a qué corriente de bomba producirá el nanolaser radiación coherente independientemente de su diseño. Esto ayudará a los físicos a diseñar y construir nanoláseres con características predeterminadas y coherencia garantizada.