Novi proboj u tehnologiji ultrakratkih laserskih impulsa

Laseri postaju sastavni dio bezbroj uređaja i industrija. Kada laserski snop stupi u interakciju s površinom materijala nano razmjera, on emituje svjetlosni val koji se naziva "plazmon" (plazma eksciton), a svojstva datog plazma ekscitona mogu prenijeti informaciju. U optičkom prijenosu, laser pumpa svjetlost u komponentu koja se zove "saturable absorber" kako bi proizveo optički signal.
Nedavno su Yu Yao, vanredni profesor elektrotehnike na Državnom univerzitetu u Arizoni, i njen istraživački tim u Centru za fotoničke inovacije u državi Arizona dizajnirali brži, energetski efikasniji laserski element nanorazmjere nazvan hibridni grafensko-plazma hibridni metastrukturirani apsorber koji se može zasićiti, ili GPSMA.
GPSMA ima potencijalnu primjenu u industrijama kao što su komunikacije, obrada informacija, spektroskopija i biomedicina. Apsorber se može koristiti za poboljšanje brzine, efikasnosti i ukupnih performansi za unapređenje prenosa podataka, obrade informacija, biomedicinskog senzora i tehnologija snimanja.
Zbog svojih korisnih svojstava u optičkoj modulaciji i zasićenoj apsorpciji, Yu Yaoov tim je u svoj razvoj ugradio umjetno napravljen hibrid metal-grafena.
U nedavnom radu objavljenom u naučnom časopisu ACS Nano, Yao opisuje kako je njena laboratorija integrisala apsorber na bazi grafena i kako su uspjeli poboljšati uređaj kako bi smanjili potrošnju energije uz održavanje ultra brzog vremena odziva.
Dobili su ove važne rezultate dizajniranjem optičkog antenskog niza koji fokusira svjetlost na nanosmjerne praznine u materijalu, poznate kao vruće tačke, kako bi promovirao apsorpciju. Usmjeravajući laser na ove vruće tačke, primijetili su poboljšane performanse i smanjenu potrošnju energije.
"Grafen je lagan i ima brzo optičko vrijeme odziva, ali nisku apsorpciju u monoslojnom obliku," rekao je Yu Yao, "Mi smo dizajnirali uređaj tako da se apsorpcija svjetlosti na nanorazmjernim žarišnim tačkama može povećati za više od tri reda veličine, stvarajući ne samo jaka apsorpcija svjetlosti, ali i efekat apsorpcije zasićenja. Uz GPSMA, pravimo uređaj za zasićenje apsorpcije koji zapravo može smanjiti potrošnju energije za skoro dva do tri reda veličine."
Na osnovu svoje značajno povećane brzine, njihova nova tehnologija će otvoriti nove mogućnosti za infracrvenu lasersku spektroskopiju i komunikaciju velikih brzina optičkog signala (optički kabl i satelitske komunikacije).
"Naš uređaj može raditi pri rekordno velikim brzinama," rekao je Yu Yao, "Konvencionalni apsorberi koji se mogu saturirati mogu raditi na vremenskoj skali od nanosekunde, ali sada možemo dostići oko 60 femtosekundi, više od 100,000 puta brže nego prije. "
GPSMA trenutno radi na bliskim infracrvenim talasnim dužinama na elektromagnetnom spektru. Budući da grafen ima širok optički odgovor, on može proširiti svoju spektralnu pokrivenost na duže valne dužine u infracrvenom spektralnom području, što ima važne implikacije za molekularnu spektroskopiju i optičku komunikaciju. Međutim, za duže talasne dužine, tradicionalno je teže postići zasićenu apsorpciju i generisati ultrakratke laserske impulse. Stoga koncept dizajna GPSMA može popuniti takvu tehnološku prazninu.
Uređaj Yu Yao tima ima potencijalnu primjenu u telekomunikacijama, energetici i biomedicinskoj industriji. Takvi apsorberi bi se mogli koristiti za poboljšanje brzine, efikasnosti i ukupnih performansi optičkih kablova, otvarajući mogućnosti za unapređenje prijenosa podataka, performansi solarnih ćelija i tehnologija snimanja za otkrivanje bolesti.