Излучение плазмонного лазера удалось собрать в узкий пучок

Уникальная способность плазмонных лазеров сохранять энергию внутри полости, размеры которой меньше длины волны генерируемого излучения, делает их привлекательными для интеграции в фотонные микросхемы: для ускорения обмена данными между чипами и для высокопроизводительной обработки цифровой информации.

Одной из главных проблем на пути широкого распространения этих устройств, является трудность извлечения света из полости. Кроме того, тот свет, что выходит наружу, не сфокусирован, что также значительно уменьшает полезность этих устройств.

Адъюнкт-профессор Лехайского университета (штат Пенсильвания) Сушил Кумар (Sushil Kumar) и его группа в статье для журнала Optica продемонстрировали как с помощью метода распределенной обратной связи можно заставить плазмонные лазеры испускать узкий пучок излучения.

Они экспериментировали с терагерцевыми плазмонными лазерами, работающими на очень длинных волнах (приблизительно 100 мкм). Световая энергия в них концентрировалась в полости, расположенной между двумя металлическими пластинами, разделёнными промежутком в 10 мкм. Горизонтальные габариты этой полости составляли 100×1400 мкм. Лазер на её основе генерировал луч с углом расхождения 4° — самый узкий, полученный до сих пор для терагерцевых лазеров такого типа.

Распределённая обратная связь (Distributed FeedBack, DFB) применяется в лазерах с начала 70-х годов прошлого века. Сначала она использовалась для улучшения спектральной избирательности. Обычно лазер может работать на нескольких близких частотах, но если его полость имеет периодическую структуру, механизм брэгговской дифракции заставляет устройство излучать свет только с одной длиной волны. Но периодическая структура также улучшает качество лазерного луча, собирая его в плотный пучок.

Кумар сравнивает свою схему DFB с фазированным массивом радиоантенн, обеспечивающими узкую диаграмму направленности в радарах и оборудовании для спутниковых коммуникаций. Она реализована в форме периодических насечек на поверхности одной из металлических пластин, между которыми находится лазерная полость. Дистанция между соседними насечками зависит от нужной длины волны лазера, коэффициентов преломления самой полости и окружающей среды.

Важной отличительном особенностью разработанной группой методики DFB является то, что поверхностные плазмонные поляритоны (SPP) генерируются не только в полости (как в других лазерах), но и в окружающей её среде. В соответствии с преобразованием Фурье, большой размер этого «ближнего» поля порождает узкое «дальнее» поле, то есть сфокусированный луч.

Авторы запатентовали своё изобретение, что должно помочь найти для него коммерческие приложения. Им также удалось добиться увеличения выходной мощности лазера до 100 мВт, оставив угловое расхождение луча в пределах 5°.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (1 vote)
Источник(и):

ko.com.ua