Исследователи разработали новый тип органического вихревого лазера, который представляет собой лазер, излучающий спиральный луч света. В будущем миниатюрные массивы этих вихревых лазеров, каждый со слегка отличающейся спиральной формой, могут использоваться в таких приложениях, как 3D-телевизоры, микроскопия и как технология передачи данных VLC (связь по видимому свету).
Исследователи, во главе с Ифором Д. У. Самуэлем (Ifor D. W. Samuel) из Сент-Эндрюсского университета и Томасом Ф. Крауссом (Thomas F. Krauss) из Йоркского университета, оба в Великобритании, опубликовали статью об органических вихревых лазерах в недавнем выпуске ACS Nano.
«Лазерные массивы были продемонстрированы ранее, но не с таким контролем лучей», - сказал Краусс для издания Phys.org. «Наш подход позволяет нам создавать вихревые лучи, контролируемые топологическим зарядом, мы можем создавать пучки Эйри или пучки Бесселя. Аналогичным образом, ранее были продемонстрированы метаповерхности, которые генерируют такие лучи, но они были пассивными элементами, а не активными лазерами».
Раньше вихревые лазерные лучи генерировались путем взятия лазера и использования отдельных оптических компонентов для формирования луча, что приводило к образованию больших пучков. Новые вихревые лазеры, продемонстрированные здесь, имеют наноструктурную среду усиления, которая непосредственно генерирует вихревой пучок. Это означает, что пучки света можно уменьшить до миниатюрных размеров, а затем их можно расположить в форме массива. Миниатюрная версия, как ожидается, будет намного более полезна для практических применений.
Основной способ сделать это - контролировать количество «ветвей», которое имеет архимедова спираль. Количество ветвей равно топологическому заряду светового пучка, который представляет собой количество скручиваний светового луча на одной длине волны. Таким образом, чем больше ветвей, тем плотнее спираль светового луча. Здесь исследователи продемонстрировали решетки с архимедовыми спиралями с количеством ветвей равное нулю (без крутки) и тремя ветвями.
Микрофотографии архимедовых спиралей с (а) одной, (б) двумя и (в) тремя ветвями. Эти фото сделаны с помощью растрового электронного микроскопа. Фото: Stellinga et al. ©2018 American Chemical Society
Этот новый метод генерации вихревых лазеров имеет преимущества перед предыдущими методами в том, что лучи могут генерироваться за один шаг и одним оптическим элементом (решетка). С этими преимуществами исследователи ожидают, что результаты проложат путь к внедрению вихревых лазеров в различных приложениях.
«Мой главный интерес - в органических полупроводниках, которые могут быть просто сфокусированы на таких устройствах», - сказал Сэмюэль, группа которого предоставила материал для получения органического полупроводника усилителя и провела измерения. «Долгосрочная цель состоит в том, чтобы сделать такие лазеры электрически, а не оптически, управляемыми. Ближайшей целью является использование таких лазеров для обнаружения взрывоопасных паров».
Краусс, чья группа разработала наноструктуры, используемые в исследовании, особенно интересуется дисплеями и микроскопическими приложениями.
«На дисплеях вы можете использовать различные последовательности вихрей для мультиплексирования информации, например, для одновременного проектирования нескольких изображений», - сказал он. «Вихревые пучки представляют интерес для микроскопии, поэтому можно представить массив таких лучей для массивной параллельной микроскопии».
Источник: phys.org
