Нови пробој у технологији ултракратких ласерских импулса

Ласери постају саставни део безброј уређаја и индустрија. Када ласерски сноп ступи у интеракцију са површином материјала наноразмера, он емитује талас светлости који се назива "плазмон" (плазма ексцитон), а својства датог екситона плазме могу да пренесу информације. У оптичком преносу, ласер пумпа светлост у компоненту која се зове "сатурабле абсорбер" да би произвео оптички сигнал.
Недавно су Иу Иао, ванредни професор електротехнике на Државном универзитету у Аризони, и њен истраживачки тим у Центру за иновације фотонике у држави Аризона дизајнирали бржи, енергетски ефикаснији ласерски елемент нано-размјере који се зове хибридни метаструктурирани апсорбер графена и плазме, који се може заситити, или ГПСМА.
ГПСМА има потенцијалну примену у индустријама као што су комуникације, обрада информација, спектроскопија и биомедицина. Апсорбер се може користити за побољшање брзине, ефикасности и укупних перформанси за унапређење преноса података, обраде информација, биомедицинског сенсинга и технологија снимања.
Због својих корисних својстава у оптичкој модулацији и засићеној апсорпцији, Иу Иаоов тим је у свој развој уградио вештачки направљен хибрид метал-графена.
У недавном раду објављеном у научном часопису АЦС Нано, Јао описује како је њена лабораторија интегрисала апсорбер на бази графена и како су успели да побољшају уређај како би смањили потрошњу енергије уз одржавање ултра-брза времена одзива.
Добили су ове важне резултате дизајном оптичког антенског низа који фокусира светлост на празнине на наноскали у материјалу, познате као вруће тачке, како би промовисао апсорпцију. Фокусирајући ласер на ове вруће тачке, приметили су побољшане перформансе и смањену потрошњу енергије.
„Графен је лаган и има брзо оптичко време одзива, али ниску апсорпцију у свом једнослојном облику“, рекао је Ју Јао, „Ми смо дизајнирали уређај тако да се апсорпција светлости на жаришним тачкама на наноразмери може повећати за више од три реда величине, не само да јака апсорпција светлости, али и ефекат апсорпције засићења. Са ГПСМА, правимо уређај за засићење апсорпције који заправо може смањити потрошњу енергије за скоро два до три реда величине."
На основу значајно повећане брзине, њихова нова технологија ће отворити нове могућности за инфрацрвену ласерску спектроскопију и комуникацију са оптичким сигналом велике брзине (оптички кабл и сателитске комуникације).
„Наш уређај може да ради при рекордно великим брзинама“, рекао је Ју Јао, „Конвенционални апсорбери који се могу заситити могу да раде на временској скали од наносекунде, али сада можемо да достигнемо око 60 фемтосекунди, више од 100,000 пута брже него раније. "
ГПСМА тренутно ради на таласним дужинама близу инфрацрвеног спектра на електромагнетном спектру. Пошто графен има широк оптички одговор, он може проширити своју спектралну покривеност на дуже таласне дужине у инфрацрвеном спектралном региону, што има важне импликације за молекуларну спектроскопију и оптичке комуникације. Међутим, за дуже таласне дужине, традиционално је теже постићи засићену апсорпцију и генерисати ултракратке ласерске импулсе. Стога концепт дизајна ГПСМА може попунити такву технолошку празнину.
Уређај Иу Иао тима има потенцијалну примену у телекомуникацијама, енергетици и биомедицинској индустрији. Такви апсорбери би се могли користити за побољшање брзине, ефикасности и укупних перформанси оптичких каблова, отварајући могућности за унапређење преноса података, перформанси соларних ћелија и технологија снимања за откривање болести.