나노레이저는 어떤 조건에서 진정한 레이저로 인정됩니까?

• 나노레이저에서 생성된 간섭광은 측정하기 어렵습니다.
• 연구원들은 이러한 까다로운 측정을 수행하는 방법을 발견합니다.
• 그들은 어떤 조건에서 나노레이저가 진정한 레이저로 인정되는지 알아내기 위한 간단한 공식을 개발했습니다.

최근 몇 년 동안 나노레이저는 약 10억분의 1미터 크기의 새로운 종류의 광원으로 등장했습니다. 그것의 독특한 속성은 거시적 레이저와 구별됩니다.

나노레이저의 설계는 기존의 이종구조 기반 반도체 레이저의 설계와 매우 유사합니다. 그러나 그 구멍은 빛의 파장(적외선 및 가시광선)의 크기로 매우 작습니다.

향후 몇 년 동안 나노레이저는 GPU와 CPU의 성능을 높이고 광섬유를 통한 인터넷 연결 속도를 수십 배 향상시키기 위해 집적 광학 회로에 사용될 것입니다. 또한 살아있는 유기체의 뉴런 활동을 제어하는 ​​데 사용되는 기술과 통합될 수도 있습니다.

나노레이저에서 일관성 달성

나노레이저에는 한 가지 주요 문제가 있습니다. 출력 방사선이 어느 지점(전류)에서 일관성을 갖게 되는지 알 수 없다는 것입니다. 실제 응용 분야의 경우 나노레이저의 2단계를 구별하는 것이 중요합니다. 즉, 저전류에서 출력이 일관성이 없는 LED와 같은 위상과 고전류에서 출력이 일관성이 있는 진정한 레이저 동작입니다.

실제 레이저로 자격을 얻으려면 방사선 소스가 몇 가지 요구 사항을 충족해야 합니다. 가장 중요한 것은 간섭성 방사선을 방출해야 한다는 것입니다. 일관성은 레이저 임계값이라고 하는 지점 이상에서 달성됩니다. 이 지점 아래에서 소스는 기존 LED의 출력과 다르지 않은 자발적인 복사를 방출합니다.

이 레이저 임계값은 펌프 전류와 출력 전력 간의 관계를 분석하여 결정할 수 있습니다(그림 1A). 그러나 일부 장비에는 특별한 기능이 없기 때문에(그림 1b의 빨간색 선) 펌프 전류 대 출력 전력 곡선에서 임계값을 정확히 찾아내는 것이 매우 어렵습니다. 이러한 유형의 나노레이저는 '임계치'라고 합니다.

일관성을 직접 측정하기 위한 새로운 공식

나노레이저에 의해 생성된 간섭광은 10억분의 1밀리초 단위로 강도 변동을 포착하려면 섬세한 기기가 필요하기 때문에 측정하기 어렵습니다.

모스크바 물리 및 기술 연구소의 과학자들은 그러한 어려운 측정을 수행하는 방법을 발견했습니다. 여기에는 주요 레이저 매개변수를 사용하여 나노레이저 방사선의 일관성을 정량화하는 것이 포함됩니다.

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

이 방법은 '임계값이 없는' 나노레이저를 포함하여 거의 모든 나노레이저에 대한 임계값 전류를 정확히 찾아내는 데 사용할 수 있습니다. 나노레이저에 의해 방출되는 방사선은 이 임계값 전류 이상에서는 일관성이 있고 그 아래에서는 일관성이 없습니다.

이전에는 나노레이저의 자체 발열 특성으로 인해 간섭성 방사선을 얻는 것이 거의 불가능했습니다. 따라서 실제 레이저 임계값과 환상 임계값을 구별하는 것이 매우 중요합니다.

이를 위해 연구자들은 모든 나노레이저에 보편적으로 사용할 수 있는 간단한 공식을 개발했습니다. 입력-출력 매개변수(그림 2)와 함께 이 공식을 사용하여 물리학자는 자신이 구축한 모든 구조의 임계값을 빠르게 측정할 수 있습니다.

읽기:기존 레이저 기술은 20,000광년 떨어진 외계인을 끌어들이기에 충분히 강력합니다.

이 새로운 연구는 나노레이저가 설계와 상관없이 어떤 펌프 전류에서 간섭성 방사선을 산출할 것인지 (사전) 쉽게 예측할 수 있도록 합니다. 이것은 물리학자들이 미리 결정된 특성과 보장된 일관성을 가진 나노레이저를 설계하고 구축하는 데 도움이 될 것입니다.