Forskere lanserer verdens minste lasershow

Det ble demonstrert ultra-rask bytte av nanooptiske eksitasjoner

Lasershow i nanometerskala © Walter Pfeiffer / Bielefeld
lese høyt

Forskere har demonstrert for første gang den ultrahurtige romlige omkoblingen av optisk eksitasjon i nanometerskalaen. Eksperimentet presentert i det vitenskapelige tidsskriftet "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS) kombinerer metoder for ultrashort-pulslaserteknologi og nanostrukturteknologi for å kontrollere rom-tid og oppdage optiske eksitasjoner i nanometerskalaen.

I hverdagen kan det oppleves direkte at den romlige og tidsmessige fordelingen av lys bestemmer den visuelle effekten. I et lasershow for eksempel forårsaker hurtig veksling og avbøyning av laserstråler uventede og ellers uoppnåelige lysinntrykk. Rask veksling av lys i rom og tid er ikke bare relevant for estetiske lyseffekter, men brukes også i kommunikasjonsteknologi for optiske fibre eller i optoelektronikk.

Ved bruk av konvensjonelle optiske metoder kan den romlige fordelingen av lys i det synlige spektrale området ned til omtrent et halvt mikrometer - 1 um = 0, 000001 meter = 1 000 nanometer (nm) - manipuleres og kontrolleres. Et halvt mikrometer er allerede omtrent 100 ganger mindre enn diameteren til et menneskehår, men for fremtidige applikasjoner er manipulering på enda mindre skalaer nødvendig.

Antenner for lys

Lysmanipuleringen på områder på mindre enn en tidel av et mikrometer kan tillate mikroelektronikk de ønskede raskere og mindre enheter. For å påvirke lys i nanometerområdet er det behov for spesielle "antenner" for lyset. Lyset er romlig konsentrert av disse metalliske strukturer, og den optiske eksitasjonen kan derved begrenses til romregioner med utvidelser langt under bølgelengden til lyset.

Ved å bruke eksperimentene presentert i PNAS, har forskerne vist for første gang at denne konsentrasjonen av optisk eksitasjon også kan byttes ekstremt raskt, dvs. i løpet av noen få titalls femtosekunder (fs) - et fs = 0, 000'000'000'000'001 sekunder - romlig atskilte deler av en nanostruktur kan selektivt og optisk eksiteres. utstilling

"Film" av stimulering generert

I følge forskerne er den grunnleggende ideen til eksperimentet kombinasjonen av nærfeltoptikk og metodene for målrettet utforming av ultrashort laserpulser. Ved å manipulere tidsforløpet for den stimulerende lyspulsen genereres en romlig og midlertidig utvikling av eksitasjon i en nano-antenne som er spesielt utviklet for eksperimentet. Forskerne avbildet deretter det tidsmessige og romlige løpet av den optiske eksitasjonen ved hjelp av et stroboskopisk bilde gjennom et fotoemisjonselektronmikroskop - man oppnår en "film" av eksitasjonen av nanoantenna.

Minste og raskeste "laser show" i verden

Dette ekstremt komplekse eksperimentet krever et bredt spekter av metoder og ekspertise, som bare kunne realiseres gjennom samarbeid fra flere universiteter inkludert Bielefeld, Kaiserslautern, Kiel og W rzburg. Målingene som er utført viser en veksling innen omtrent 50 fs mellom regioner i nanostrukturen som er omtrent 200 nm unna. Lyset i nærheten av nanostrukturen viser dermed en kompleks romlig-tidsmessig utvikling - eller med andre ord - verdens minste og raskeste "laser-show" finner sted der.

(idw - Teknisk universitet Kaiserslautern, 10.03.2010 - DLO)