Nederlandse onderzoekers bieden inkijk in nanolasers voor fotonica

Wetenschappers van de TU Delft hebben een methode ontwikkeld om te analyseren wat zich binnen nanolasers afspeelt. Omdat kleine veranderingen in nanolasers relatief grote effecten kunnen hebben, is de vinding van belang voor fotonica.

De verwachting is dat fotonica in de toekomst een grote rol gaat spelen. Door licht in plaats van elektronen te gebruiken voor de communicatie op chipniveau, kunnen componenten kleiner, zuiniger en sneller worden. Als lichtbronnen kunnen nanolasers dienen. Die bestaan uit licht-uitzendend materiaal en zijn vaak niet groter dan de golflengte van het licht, zo'n 500 tot 800 nanometer.

Het probleem is dat ze omringd zijn door metaal, waar wetenschappers niet doorheen kunnen kijken. Voor onderzoek is het wel van belang om te kunnen analyseren wat zich in de nanolasers afspeelt, omdat de positie van het materiaal binnen de laser van invloed is op de efficiëntie.

"Wetenschappers zijn tot nu toe afhankelijk van de output van de laser, maar zien niet de oorzaak van fluctuaties. De nanolaser was in feite een zwarte doos", vertelt Jacob Hoogenboom van Imaging Physics, een afdeling van de Delftse Faculty of Applied Sciences, aan Tweakers. Samen met zijn team gebruikt hij een elektronenbundel om het materiaal in de nanolaser aan te slaan.

"We hebben hiervoor een lichtmicroscoop in een elektronenmicroscoop geplaatst. Met de elektronenmicroscoop kunnen we veel kleiner focussen dan met licht. We schieten hiermee pulsjes elektronen in het gebied van 15 nanometer in de laser, waarbij de snelheid van de elektronen bepalend is voor de diepte waarmee we het materiaal binnendringen. De elektronen slaan het fosformateriaal aan om licht te genereren, vergelijkbaar met hoe de elektronenbuis van oude tv's oplicht. Vervolgens meten we hoe lang het duurt voor het licht uit de nanolaser komt. Dat doen we met een fotondetector."

Waar het relatief lang duurt voordat de fotonen gedetecteerd worden, wil je in het ontwerp van een nanolaser geen materiaal plaatsen. Door nanolasers zo te analyseren, ontdekten de wetenschappers bovendien dat een verschil van slechts 50 nanometer in de diameter van de laser voor grote variaties in werking van de lasers kan leiden. "Dit kan onderzoekers helpen bij het ontwerpen en maken van efficiënte nanolasers. We weten nu hoe belangrijk het is om actief materiaal heel precies te positioneren, en we zien ook dat de grootte van de laser van cruciaal belang is."

De onderzoekers publiceren hun werk in een artikel met de naam Nanoscale Imaging of Light-Matter Coupling Inside Metal-Coated Cavities with a Pulsed Electron Beam in de wetenschappelijke publicatie Nano Letters.

Afbeeldingen via de American Chemical Society.

Reacties (9)

[Helium-3]

Voor degenen die net als ik weinig tot geen kennis hadden van optische elementen binnen computerchips heb ik hier een aantal erg interessante dingen gevonden om te lezen:

1. (kort, beknopt) https://en.wikipedia.org/wiki/Nanolaser
2. (diepgaand) https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_computing

Minder relevant:
3. (een link met quantum computing) https://en.wikipedia.org/wiki/Linear_optical_quantum_computing

[Reactie gewijzigd door Helium-3 op 22 juli 2024 23:12]

[martijnmaas]

Heren .... vergeet niet dat onze vriend Philips de cd speler uitbracht, en de laser werkte op ca. 70 nm !!
Dat was pas een spectaculaire uitvinding, DE cd speler waar muziek uit kwam.
ze zijn nu gewoon aan het voort borduren op de techniek, "wat natuurlijk enorm knap en interessant is"
Maar ik vind het inderdaad geweldig deze ontwikkelingen.

[hiostu]

En dat deed Philips in samenwerking met Sony. En zij boorduurden weer verder op de uitvinding van de Laser in 1958 door Arthur Schawlow en Charles Townes, verbonden aan Bell Labs.

En de Amerikaanse uitvinder David Paul Gregg diende in 1961 een octrooi in voor een optisch leesbare videoplaat. Paul Gregg deed zijn uitvinding toen hij werkte voor de Amerikaanse firma 3M. Dus zij hebben weer het octrooi op de "cd".

[Reactie gewijzigd door hiostu op 22 juli 2024 23:12]

[Dooxed]

700 nm.

[sugarlee89]

Ach we leefde niet in de prehistorie in de jaren 80. Al denkt de jeugd dat tegenwoordig wel.

We deden wel meer bijzondere dingen toen wat ze nu niet meer lukt of moeite mee hebben

[Guus Leeuwis]

Sinds de komst van internet sinds de jaren negentig is er zoveel radicaal gewijzigd. Dus ja, de jaren 80 zijn al wel "een beetje" prehistorie

Enne, bijzondere dingen "die de jeugd nu niet meer kan" ? Dat argument kun je ook omdraaien. Ouderen lopen nu technologisch vaak achter

[Reactie gewijzigd door Guus Leeuwis op 22 juli 2024 23:12]

[SomerenV]

Laats was ik aan het filmen bij een bedrijf. Ze maakten een product met daarin gaatjes met een diameter van 4mu. Dat kon ik al niet bevatten, laat staan het nóg kleinere nanometer. Mooi dat we knappe koppen hebben en geavanceerde wetenschap om dat soort dingen mogelijk te maken. Net als @Maffie500 snap ik er helemaal niks van, maar ik heb uiterst veel respect voor de mensen die zich hier dagelijks mee bezig houden.

[3dfx]

inkijk in nanolasers

Dit baart me wel wat zorgen daarom zou ik voorstellen een waarschuwing erbij te zetten zoals deze:
https://goo.gl/images/sRLdDd

[Maffie500]

Ik snap het niet helemaal maar het lijkt mij een heel knappe prestatie.
Trots op TU delft!