Een team wetenschappers van de TU Eindhoven heeft een nieuw type nanolaser ontwikkeld dat in alle richtingen schijnt. De ontdekking kan een bijdrage leveren aan het vereenvoudigen van huidige lidar-systemen.
Een nanolaser die in alle of meerdere richtingen schijnt is normaal gesproken een onwenselijk verschijnsel dat veroorzaakt wordt door fouten in het materiaal. Doordat het gaat om structuren die heel klein zijn, is het lastig de vorm en samenstelling geheel perfect te maken. Een onderzoeksteam van de technische Eindhovense universiteit en Differ heeft nu bewust een beetje 'wanordelijkheid' toegepast in het materiaal om de nanolasers mee te maken. Dat leidde ertoe dat de laser niet meer in één richting schijnt, maar in alle richtingen.
Het gaat om een polaritonlaser, die niet zoals een reguliere laser fotonen 'kloont', maar verschillende fotonen samen groepeert, waardoor intens laserlicht ontstaat. De hoeveelheid energie die nodig is om dit laserlicht op te wekken is bij een polaritonlaser veel lager. Een nadeel van dit type laser is dat ze voorheen alleen werkten bij heel lage temperaturen. Dat problemen hebben de onderzoekers naar eigen zeggen opgelost door organische materialen in te zetten. Daardoor werken de lasers ook op kamertemperatuur.
De specifieke polaritonlaser die de onderzoekers hebben ontwikkeld, is een nieuw type dat bestaat uit een regelmatig patroon van zilveren nanostreepjes die op een kunststof zitten, te weten polymethylmethacrylaat. In 2017 hebben de onderzoekers al een dergelijke laser ontwikkeld, maar nu zijn de zilveren nanostreepjes bewust imperfect geplaatst. Dat leidde tot laserlicht in alle richtingen. De eigenschappen van het laserlicht worden met name bepaald door kleurstofmoleculen in het kunststof.
Hoogleraar en hoofdonderzoeker Jaime Gómez Rivas ziet allerlei toepassingen voor de nieuwe laser. In vergelijking met leds is het laserlicht veel helderder en nauwer afgebakend, waardoor het bijvoorbeeld heel geschikt kan zijn voor microscopen. Ook kan het worden ingezet bij lidar-systemen, waar nu nog een of meerdere lasers en snel bewegende spiegels nodig zijn om met het licht een groot oppervlak in kaart te brengen. De speciale Eindhovense polaritonlaser schijnt van zichzelf al alle kanten uit en heeft daardoor die spiegels niet nodig. Gómez Rivas denkt zelfs aan toepassingen bij gewone verlichting. Hij stelt wel dat er nog meer onderzoek nodig is, met name om de benodigde hoeveelheid energie verder te verlagen en het aantal kleuren te vergroten.
Het onderzoek is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review Letters, onder de titel Nonlinear emission of molecular ensembles strongly coupled to plasmonic lattices with structural imperfections.