Le traitement chimique améliore les lasers à points quantiques
L'utilisation de minuscules particules semi-conductrices, appelées points quantiques, est un des secrets de la fabrication de petits dispositifs laser tels que les scalpels de chirurgie ophtalmique. Dans de nouvelles recherches de l'équipe Nanotech du Laboratoire national de Los Alamos, les points de taille nanométrique sont en train d'être trafiqués ou «dopés» avec des électrons supplémentaires, un traitement qui pousse les points toujours plus près de produire la lumière laser désirée avec moins de stimulation et de perte d'énergie .
«Lorsque nous adaptons correctement le profil de composition à l'intérieur des particules lors de leur fabrication, puis injectons deux électrons ou plus dans chaque point, ils deviennent plus capables d'émettre de la lumière laser. Victor Klimov, leader de l'équipe Nanotech.
Pour forcer un matériau à émettre de la lumière laser, il faut travailler à une «inversion de population», c'est-à-dire que le nombre d'électrons dans un état électronique à plus haute énergie dépasse le nombre qui est dans un état d'énergie plus faible. Pour réaliser cette condition normalement, on applique un stimulus externe (optique ou électrique) d'une certaine puissance, qui devrait dépasser une valeur critique appelée «seuil de gain optique». Les chercheurs de Los Alamos ont récemment démontré que, en ajoutant des électrons supplémentaires à leurs points quantiques spécialement conçus, ils pouvaient réduire ce seuil à pratiquement zéro.
Un matériau laser standard, lorsqu'il est stimulé par une pompe, absorbe la lumière pendant un certain temps avant de commencer à laser. Sur le chemin du laser, le matériau transite à travers l'état de «transparence optique» lorsque la lumière n'est ni absorbée ni amplifiée. En ajoutant des porteurs de charge supplémentaires à leurs points quantiques, les chercheurs de Los Alamos ont pu bloquer l'absorption et créer l'état de transparence sans stimulation externe. Cela implique que même un pompage extrêmement faible peut maintenant initier une émission laser.
Un autre élément important de cette recherche est un nouveau type de points quantiques dont l'intérieur est conçu pour maintenir l'état actif au laser bien plus longtemps que les particules standard. Normalement, la présence d'électrons supplémentaires supprimerait les lasers car l'énergie des points quantiques est rapidement libérée non comme un flux de photons, mais comme une source de chaleur inutile. La nouvelle conception de particules de Los Alamos élimine ces pertes parasites, redirigeant l'énergie de la particule dans le canal d'émission. «Ces études ouvrent des opportunités intéressantes pour la réalisation de nouveaux types de dispositifs lasers à seuil bas qui peuvent être fabriqués à partir de la solution en utilisant une variété de substrats et de conceptions de cavité optique pour des applications allant des fibres optiques et des lasers à grande échelle à l'éclairage laser et au laboratoire -a-chip ", a déclaré M. Klimov.
La recherche est décrite dans la revue Nature Nanotechnology cette semaine.
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