Dalam Kondisi Apa Nanolaser Memenuhi Syarat Sebagai Laser Sejati?

• Cahaya koheren yang dihasilkan oleh nanolaser sulit diukur.
• Para peneliti menemukan metode untuk melakukan pengukuran yang menantang tersebut.
• Mereka mengembangkan formula sederhana untuk mencari tahu dalam kondisi apa nanolaser memenuhi syarat sebagai laser sejati.

Dalam beberapa tahun terakhir, nanolaser telah muncul sebagai jenis sumber cahaya baru yang memiliki ukuran sekitar sepermiliar meter. Sifatnya yang unik membedakannya dari laser makroskopik.

Desain nanolaser sangat mirip dengan laser semikonduktor berbasis heterostruktur tradisional. Namun, rongganya sangat kecil:pada besaran panjang gelombang cahaya (cahaya inframerah dan cahaya tampak).

Di tahun-tahun mendatang, nanolaser akan digunakan dalam sirkuit optik terintegrasi untuk meningkatkan kinerja GPU dan CPU, dan meningkatkan kecepatan koneksi internet melalui serat optik dengan beberapa kali lipat. Ini juga dapat digabungkan dengan teknik yang digunakan untuk mengontrol aktivitas neuron pada organisme hidup.

Mencapai Koherensi Dalam Nanolaser

Ada satu masalah utama dengan nanolaser:kita tidak tahu pada titik mana (arus) radiasi keluarannya menjadi koheren. Untuk aplikasi dunia nyata, sangat penting untuk membedakan antara 2 fase nanolaser:fase seperti LED dengan output tidak koheren pada arus rendah dan tindakan penguat sejati dengan output koheren pada arus tinggi.

Untuk memenuhi syarat sebagai laser nyata, sumber radiasi harus memenuhi beberapa persyaratan. Yang paling penting adalah harus mengeluarkan radiasi koheren. Koherensi dicapai di atas titik yang disebut ambang batas penguat. Di bawah titik ini, sumber memancarkan radiasi spontan yang tidak berbeda dengan keluaran LED tradisional.

Ambang batas penguat ini dapat ditentukan dengan menganalisis hubungan antara arus pompa dan daya keluaran (gambar 1A). Namun, beberapa peralatan tidak menunjukkan fitur khusus (garis merah pada gambar 1b), yang membuatnya sangat sulit untuk menentukan nilai ambang batas dalam kurva arus pompa versus kurva daya keluaran. Jenis nanolaser ini disebut 'tanpa batas'.

Formula Baru Untuk Mengukur Koherensi Secara Langsung

Cahaya koheren yang dihasilkan oleh nanolaser sulit diukur karena memerlukan instrumen yang rumit untuk menangkap fluktuasi intensitas pada sepersejuta milidetik.

Para ilmuwan di Institut Fisika dan Teknologi Moskow telah menemukan metode untuk melakukan pengukuran yang begitu sulit. Ini melibatkan kuantifikasi koherensi radiasi nanolaser menggunakan parameter laser utama.

Referensi:Optik Ekspres | doi:10.1364/OE.26.033473 | MIPT

Metode ini dapat digunakan untuk menentukan arus ambang untuk hampir semua nanolaser, termasuk nanolaser 'tanpa ambang', yang memiliki nilai ambang batas yang berbeda yang mengisolasi fase penguat dan LED. Radiasi yang dikeluarkan oleh nanolaser koheren di atas arus ambang ini dan tidak koheren di bawahnya.

Sebelumnya, hampir tidak mungkin untuk mendapatkan radiasi koheren karena sifat pemanasan sendiri dari nanolaser. Dengan demikian, membedakan ambang penguat yang sebenarnya dari yang ilusif cukup penting.

Untuk melakukan ini, para peneliti mengembangkan formula sederhana yang dapat digunakan secara universal untuk semua nanolaser. Dengan menggunakan rumus ini bersama dengan parameter input-output (gambar 2), fisikawan dapat dengan cepat mengukur nilai ambang dari setiap struktur yang mereka bangun.

Baca:Teknologi Laser yang Ada Cukup Kuat Untuk Menarik Alien yang Berjarak 20.000 Tahun Cahaya

Studi baru ini memudahkan untuk memprediksi (sebelumnya) pada arus pompa apa nanolaser akan menghasilkan radiasi koheren terlepas dari desainnya. Ini akan membantu fisikawan merancang dan membangun nanolaser dengan karakteristik yang telah ditentukan sebelumnya dan koherensi yang terjamin.