Informacje
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Informacje > Nowinki 2000-2002 > Fizyka > Nowinka z dn. 31-08-2000  
 Jesteś tutaj
nowinka:
Laser na ziarnku tlenku
autor:
Rafał Suszek
z dnia:
31-08-2000





Laser na ziarnku tlenku
Błyskotliwy pomysł teoretyczny sprzed 33 lat doczekał się nader obiecującej praktycznej realizacji. Udany mariaż techniki laserowania i jakże obecnie powszechnej koncepcji miniaturyzacji doprowadził do skonstruowania rekordowo małego lasera o emisji przypadkowej (z ang. random laser). Użycie niepozornych ziaren białego tlenku cynku (ZnO) o średnicy 1,7 mikrometra (czyli ok. 1/10 średnicy ludzkiego włosa) otwiera perspektywę poważnego postępu w dziedzinie optoelektroniki oraz techniki znakowania dokumentów i materiałów.

Zasada działania mikrolasera o emisji przypadkowej opiera się na dobrze znanym efekcie wielokrotnego rozpraszania, właściwym wysoce nieuporządkowanym strukturom materialnym. Spośród mnóstwa innych wyróżnia je już sam ich wygląd: w świetle naturalnym postrzegamy je jako białe, nieprzezroczyste substancje (są nimi np. papier, mgła, mleko i in.), czego powodem jest wielokrotne i - co bardzo istotne - całkowicie przypadkowe rozpraszanie przechodzącej przez nie fali świetlnej na licznych substrukturach rozrzuconych nieregularnie w całej ich objętości (np. w mleku rolę owych substruktur pełnią poszczególne krople). Do substancji tych zalicza się również drobne ziarna ZnO zbudowane z tysięcy upakowanych chaotycznie nanokryształów.

Wielokrotne rozpraszanie prowadzi do uwięzienia światła w ich wnętrzu na czas na tyle długi, że możliwym staje się efektywne wzmocnienie impulsu inicjującego, co zresztą przewidział jeszcze w 1967 r. Letokhov. Jest to swoisty substytut wykorzystywanego w zwyczajnych laserach efektu sprzężenia zwrotnego: zamiast wielokrotnego odbicia fali elektromagnetycznej w ustawionych naprzeciw siebie zwierciadłach mamy tutaj do czynienia z wielokrotnym odbiciem światła przez poszczególne nanokryształy. Dodatkowe wewnętrzne odbicie na powierzchni granicznej ziaren prowadzi do wydłużenia czasu uwięzienia światła i - w konsekwencji - dalszego wzmocnienia impulsu emisyjnego.

Stochastyczna natura zjawiska nie przeszkadza w uzyskaniu tak charakterystycznych dla światła laserowego impulsów monochromatycznych (widmo emisyjne lasera można uczynić nadzwyczaj wąskim), o długości fali uwarunkowanej wielkością i kształtem ziarna. Jedynie bezkierunkowość otrzymywanego światła odróżnia ten typ lasera od powszechnie stosowanych. Zasadnicze znaczenie praktyczne ma prostota konstrukcji i niezwykle niska cena tego urządzenia. W połączeniu z mikroskopijnym rozmiarem i łatwością kształtowania jego charakterystyk emisyjnych poprzez kontrolowaną zmianę geometrii ziaren stwarza to możliwość rozmaitych zastosowań praktycznych: mikrolasery te mogłyby pełnić funkcje miniaturowych źródeł lub elementów aktywnych w przyszłych urządzeniach optycznych zbudowanych na bazie kryształów fotonicznych (optycznych odpowiedników złożonych obwodów elektrycznych). Istnieją też pomysły wykorzystania ich do kontroli przepływu płynów przez domieszkowanie rozdrobnionymi ziarnami ZnO. Wreszcie, z racji zależnej od kształtu i rozmiaru charakterystycznej częstości emisyjnej, mikrolasery o emisji przypadkowej mogłyby znaleźć zastosowanie w technice ukrytego znakowania dokumentów i materiałów - łatwego w odczycie i niewidzialnego dla ludzkiego oka. Każdy z tych projektów czeka na swą realizację. Tymczasem są i będą wciąż podejmowane próby pełniejszego zrozumienia złożonego mechanizmu propagacji światła w strukturach nieuporządkowanych.

Rafał Suszek

[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach