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Un minuscule laser comprenant un réseau de cylindres semi-conducteurs à l’échelle nanométrique a été réalisé par une équipe d’ingénieurs. C’est la première fois qu’un laser est réalisé avec des nanostructures non métalliques, et cela permettra de produire des lasers miniatures utilisables dans une large gamme de dispositifs optoélectroniques.

Un laser réalisé avec des nanostructures non métalliques

Les lasers à micro-échelle sont largement utilisés dans les appareils tels que les lecteurs de CD et de DVD. Maintenant, des ingénieurs en optique ont développé des lasers à l’échelle nanométrique – si petits qu’ils ne peuvent pas être vus par l’œil humain.

Une méthode prometteuse consiste à utiliser des réseaux de minuscules structures constituées de semi-conducteurs à indice de réfraction élevé. De telles structures agissent comme de minuscules antennes, résonnant à des longueurs d’onde spécifiques. Cependant, il est souvent difficile de les utiliser pour construire le cœur d’un laser, où la lumière rebondit tout en étant amplifiée.

Des ondes stationnaires

Maintenant, Arseniy Kuznetsov, Son Tung Ha, Ramón Paniagua-Domínguez et leurs collègues de l’Institut de recherche et d’ingénierie des matériaux A * STAR ont surmonté ce problème en exploitant un type très inhabituel d’ondes stationnaires qui reste à un seul endroit en dépit de coexister avec un spectre continu d’ondes rayonnantes, qui peuvent transporter de l’énergie. Théorisée pour la première fois par la mécanique quantique, cette onde a été démontrée expérimentalement en optique il y a environ dix ans.

Il y avait un élément de sérendipité dans cette invention. «Nous avions initialement prévu de créer un laser simplement basé sur les résonances de diffraction.», rappelle Kuznetsov. «Mais après la fabrication des échantillons et de les avoir testés, nous avons découvert cette forte amélioration avec une longueur d’onde différente de celle attendue. Lorsque nous sommes revenus et que nous avons effectué d’autres simulations et analyses, nous avons réalisé que nous avions créé cette sorte d’onde.

L’aboutissement de cinq années de recherches

Cette démonstration est l’aboutissement de cinq années de recherches faite par l’équipe. C’était une course contre la montre, car d’autres groupes travaillaient également au développement de nano-antennes actifs, note Kuznetsov. « Jusqu’à présent, les lasers n’ont jamais été réalisés avec des structures de nano-antennes. », explique-t-il. «C’est donc un grand pas pour la communauté des nano-antennes diélectriques.»

Leur laser présente également des avantages par rapport aux autres types de lasers miniatures. Tout d’abord, la direction de son faisceau est étroite et bien définie ce qui facilite son contrôle – cette maniabilité est souvent nécessaire dans des applications de certains appareils. De plus, comme les nanocylindres sont peu distribués, le laser est hautement transparent, ce qui est bénéfique pour les dispositifs multicouches contenant d’autres composants optiques.

Des lasers excités électriquement

L’équipe travaille actuellement au développement de lasers qui peuvent être excités électriquement plutôt que par la lumière, comme dans la présente étude, ce qui constituerait une avancée majeure dans la réalisation de nanolasers commerciaux.

Source : A*STAR Research