Impulsion laser ultra-rapide créée par des nanoparticules dorées
La création d'un laser à nanoparticules rapide, ajustable et stable constitue un tremplin vers une détection et une commutation efficaces et économiques. Une nouvelle étude montre que le matériau de colorant organique combiné avec des nanostructures métalliques peut fournir une dynamique laser ultra-rapide avec des impulsions laser courtes et apparaissant rapidement.
Une nouvelle étude montre que le matériau de colorant organique combiné avec des nanostructures métalliques peut fournir une dynamique laser ultra-rapide avec des impulsions laser courtes et apparaissant rapidement.
«Nous voulions savoir à quelle vitesse nous pouvons allumer et éteindre notre appareil laser. Générer des impulsions laser rapidement peut être très utile dans le traitement de l'information et peut améliorer la réponse de certains dispositifs optoélectroniques », explique le chercheur.
Les échantillons utilisés dans les expériences sont constitués de nanoparticules d'or placées sur du verre et immergées dans un matériau organique émettant de la lumière. Les nanoparticules sont disposées très près l'une de l'autre dans un réseau carré. Les champs électriques localisés autour des particules entraînent des forces de champ élevées qui accélèrent la dynamique moléculaire dans le colorant organique.
Les champs électromagnétiques et les particules d'or conductrices interagissent les unes avec les autres et avec le colorant organique pour générer une impulsion laser directionnelle ultrarapide, d'un billion de seconde.
La génération d'un laser de ce type est prometteuse pour la commutation et la détection tout optique et améliorera potentiellement la vitesse des télécommunications optiques et la performance des dispositifs qui utilisent la lumière pour traiter des informations, telles que les caméras et les transistors.
Les nanolasers très petits ne fournissent généralement pas de faisceaux clairement directionnels. L'organisation de nanoparticules dans un réseau améliore considérablement la directionnalité. De tels lasers ont déjà été créés dans plusieurs laboratoires dans le monde, mais leur potentiel d'impulsions ultrarapides n'a pas été prouvé avant les expériences menées.
La mesure des propriétés des impulsions est très exigeante en raison de leur grande vitesse.
«La réalisation clé ici est que nous avons réussi à démontrer expérimentalement que les impulsions laser sont en effet ultrarapides. Le laser se produit dans les modes optiques qui sont des hybrides de la lumière et le mouvement des électrons dans le métal. Ces modes sont appelés résonances de réseau de surface », explique le professeur.
La lumière laser est d'abord comprimée par les nanoparticules métalliques en dimensions de sous-longueur d'onde, puis elle s'échappe des modes de résonance de réseau de surface sous la forme d'une impulsion laser concentrée à picoseconde rapide.
«Ces types de lasers à réseau de nanoparticules métalliques sont excellents pour générer un rayonnement laser pulsé avec une vitesse de modulation élevée», explique un étudiant au doctorat.
L'impulsion générée par le laser à nanoparticules est si rapide qu'il n'y a pas de caméras électroniques conventionnelles capables de capturer sa dynamique. Les chercheurs ont utilisé un autre laser comme un « appareil photo » de prendre des photos très rapide du petit laser. La méthode est appelée spectroscopie pompe-sonde.
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