Наука и Техника

Наука И Техника
3 мая 2015

Создан первый "жидкий" нанолазер, способный менять длину волны излучаемого им света

Ученые из Северо-Западного университета (Northwestern University) разработали и изготовили образцы первых жидких наноразмерных лазеров. Особенностью этих микроскопических устройств является то, что в режиме реального времени можно управлять цветом излучаемого таким лазером света, и эта особенность позволит применять такие лазеры в практических целях в самых различных областях, к примеру, для создания лабораторий-на-чипе, используемых в медицинских и биохимических исследованиях.

Следует отметить, что жидкий нанолазер очень далек от лазерных указок и лазеров других привычных нам типов. Основой этого устройства является так называемая оптическая впадина, своего рода ловушка, куда попадают фотоны света от внешнего источника, используемого в качестве накачки. Полость этой впадины заполнена множеством золотых наночастиц определенной формы и размера, имеющих поверхность, обладающую большим коэффициентом отражения. Свет, циркулирующий внутри оптической впадины, концентрируется в местах скопления наночастиц, фокусируется и усиливается. Благодаря такому подходу жидкий нанолазер не нуждается в зеркалах и прочих атрибутах традиционных лазеров.

Цвет света, излучаемого таким лазером, регулируется достаточно просто - путем изменения химического состава и концентрации веществ, растворенных в жидкости, заполняющей полость оптической впадины. Такие изменения позволяют регулировать длину волны в пределах 50 нанометров, от 860 до 910 нанометров, а для более глубокого изменения требуется введение в жидкость специальных молекулярных флуоресцентных веществ-красителей.

Помимо способности изменять длину волны в режиме реального времени жидкий нанолазер имеет ряд других преимуществ по отношению к нанолазерам других типов. Конструкция жидкого нанолазера проста до невозможности, что обуславливает дешевизну их производства в любых количествах, такие нанолазеры могут работать при комнатной температуре и при некоторых условиях окружающей среды, выходящих далеко за рамки так называемых "нормальных условий".

Кроме своих особенностей, жидкие нанолазеры обладают всеми преимуществами, которые им придают очень малые размеры. Они способны работать быстрее, точнее, модулировать излучаемый ими свет, нежели обычные лазеры на основе твердых или газообразных материалов. Нанолазеры способны излучать когерентный свет строго определенной длины волны, обусловленной их физическими размерами и оптическими свойствами окружающей их среды.

"Все общие и уникальные свойства созданных нами жидких нанолазеров открывают огромные перспективы для дальнейшего их использования" - рассказывает Тери В. Одом (Teri W. Odom), ученая, возглавляющая исследовательскую группу, - "Эти лазеры можно использовать в области оптического хранения информации, в литографии и в медицине. Они могут выступать в качестве источников света, встраиваемых прямо в кристаллы полупроводниковых чипов, на их основе можно создавать высокочувствительные элементы лабораторий-на-чипе, биохимических датчиков и многое, многое другое".