Les lasers à anneau à points quantiques émettent une lumière colorée
Les chercheurs ont conçu un nouveau type de laser appelé laser à anneau à points quantiques qui émet de la lumière rouge, orange et verte. Les différentes couleurs sont émises à partir de différentes parties du rouge quantique du noyau, vert de la coquille et orange d'une combinaison des deux et peuvent être facilement commutés en contrôlant la compétition entre l'émission de lumière du noyau et de la coquille.
Le travail démontre les effets intéressants qui sont possibles avec des lasers basés sur des points quantiques, qui sont des sphères cristallines nanométriques faites de matériaux semi-conducteurs. Dans ces lasers, les points quantiques sont souvent revêtus de coquilles d'un matériau différent. Lorsqu'elles sont éclairées, les enveloppes émettent non seulement leur propre lumière, mais elles canalisent également des porteurs excisés (excitons) sur les noyaux des points quantiques, ce qui améliore l'émission de lumière du coeur du laser.
Afin de fabriquer des lasers à points quantiques capables de basculer entre la lumière émise uniquement par les coeurs ou seulement les coques, les chercheurs ont conçu une cavité laser spéciale, la partie centrale du laser responsable du confinement et de la réflexion de la lumière jusqu'à devenir très cohérente. Bien que les lasers à points quantiques aient été largement étudiés, l'effet de la cavité laser sur la performance du laser à points quantiques a été largement inexploré jusqu'à présent.
Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont fabriqué des cavités laser de haute qualité constituées de réseaux d'anneaux de points quantiques hautement structurés. Les lasers résultants présentent des facteurs de qualité de cavité très élevés - presque un ordre de grandeur supérieur à ceux des lasers à points quantiques typiques, qui ont généralement des cavités aléatoires.
«Nous avons été en mesure de démontrer une approche de fabrication simple qui a conduit à des cavités annulaires de haute qualité qui nous ont permis d'explorer ce comportement de« changement de couleur »dans un laser à points quantiques», a déclaré Norris. « Dans les cavités de mauvaise qualité, il est peu probable que nous aurions pu observer cet effet. »
Les chercheurs ont démontré que, à faible puissance, les nouveaux lasers émettent de la lumière rouge à partir de leurs noyaux, alors qu'à des puissances plus élevées, ils émettent de la lumière verte à partir des coques. Aux puissances intermédiaires, la lumière provient à la fois du noyau et de la coquille, et apparaît donc orange. Comme l'expliquent les chercheurs, il est possible d'étouffer complètement les émissions car l'émission centrale se produit sur une échelle de picoseconde, alors que l'émission des coques se produit sur une échelle de temps subpicoseconde.
À l'avenir, les propriétés uniques des lasers à anneau à points quantiques pourraient mener à des applications dans les affichages laser, la détection chimique et d'autres domaines. Mais avant que ces applications puissent être réalisées, les chercheurs prévoient d'améliorer encore les performances du laser.
« Nous démontrons l'effet « changement de couleur » dans ce travail, mais le changement de couleur à des puissances très élevées », a déclaré Norris. « Des recherches complémentaires sont nécessaires pour voir si le même effet peut se produire à des puissances plus raisonnables. Cela serait utile pour les applications. Heureusement, les points quantiques continuent d'améliorer (en termes de performance pour les lasers), et nous pouvons appliquer immédiatement ces améliorations nos appareils » .
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