Laser được chế tạo bằng một sợi dây nano

Một loại tia laser mới nhất, khiến giới khoa học đặc biệt chú ý là ở cách tạo ra nhờ một sợi dây nano.

Do kích cỡ nhỏ và đơn giản, nên laser dây nano đơn có thể dùng làm nguồn phát ánh sáng kết hợp ở cấp độ nano dùng cho các ứng dụng trong lĩnh vực quang truyền thông, cảm biến và xử lí tín hiệu.

Ngày 2/3/2011, Nhóm nghiên cứu, gồm Yao Xiao và các cộng sự, thuộc ĐH Chiết Giang ở Hàng Châu, Trung Quốc, và ĐH Bắc Kinh, vừa công bố kết quả nghiên cứu của họ về một laser dây nano đơn mới.

Dù đây không phải là laser đầu tiên được chế tạo chỉ từ một sợi dây nano, nhưng nó có những ưu điểm nhất định vì có thể điều khiển được.

Theo cộng sự Limon Tong ở ĐH Chiết Giang, trước đây, các laser dây nano đơn chủ yếu hoạt động ở chế độ đa mode, tuy nhiên, công trình nghiên cứu của laser dây nano đơn được công bố là đơn mode.

Sự phát xạ laser có bước sóng khoảng 738 nm. Dây nano dùng để chế tạo laser có đường kính 200 nm, bước sóng thu được với bề rộng đường 0,12 nm và chiều dài từ 50-75 µm.

Các nhà nghiên cứu đã làm thí nghiệm với các dây nano uốn cong theo những kiểu khác nhau khi khảo sát dưới kính hiển vi và gấp nếp dây nano bằng đầu dò sợi quang.

Hình ảnh phát quang của laser dây nano đơn ở 3 dạng cấu hình qua kính hiển vi.

Để làm cho dây nano hoạt động như một laser đơn mode, các nhà nghiên cứu đã kích thích dây nano thắt thòng lọng bằng một laser xung.

Như giải thích, khi khuếch đại ngược, được duy trì bằng sự hồi tiếp thí dụ như phản xạ, có thể bổ sung cho sự tổn thất hồi tiếp, việc phát laser đã xảy ra.

Các nhà nghiên cứu đã quan sát sự phát laser ở các dây nano đơn dưới dạng hai đốm sáng ở hai đầu của dây nano và thấy rằng, đối với các dây nano bị thắt thành thòng lọng, các vòng thắt tác dụng như các gương lặp, chúng không chỉ mang lại cho dây nano hộp cộng hưởng chọn lọc mode, mà còn làm tăng suất phản xạ của dây nano và làm giảm ngưỡng phát laser.
Sự kết hợp của suất phản xạ cao và ngưỡng phát thấp tạo ra một hộp phát laser chất lượng cao trong dây nano.

Bên cạnh đó, việc thay đổi kích thước của các vòng thắt còn cho phép các nhà nghiên cứu điều chỉnh bước sóng của laser. Sử dụng đầu dò sợi quang, các nhà nghiên cứu có thể dễ dàng làm thay đổi kích cỡ của các vòng thắt.

Họ nhận thấy việc giảm kích cỡ của một trong các vòng làm thay đổi bước sóng do sự giảm quang trình của hộp laser.

Các nhà khoa học hy vọng rằng laser dây nano đơn, với ưu điểm có chất lượng mode cao và ngưỡng phát laser thấp của nó, có thể mang lại những cơ hội mới cho các ứng dụng thực tiễn của laser dây nano.

Ngoài ra, nghiên cứu trên còn mang lại một kỹ thuật thiết kế mới cho việc chế tạo các laser đơn mode, ngưỡng thấp, sử dụng những loại cấu trúc nano khác.

Loại laser này có thể mang lại tiềm năng to lớn cho các ứng dụng như các mạch quang điện tử tích hợp cấp độ nano dùng trong xử lý dữ liệu quang học và quang cảm biến.

Hoàng Ngân (theo Pubs.acs)