由伊特莫大学，伊特莫大学 钙钛矿立方体
信用:文章作者 一个国际研究小组宣布了世界上最紧凑的半导体激光器的开发，该激光器在室温下工作在可见光范围内
根据这项研究的作者，激光是一种只有310纳米大小的纳米粒子(比一毫米小3000倍)，在室温下可以产生绿色相干光
这篇研究文章发表在《美国化学学会纳米》杂志上
60年前的5月中旬，美国物理学家西奥多·迈曼演示了第一台光学量子发生器——激光的工作原理
现在，一个由科学家组成的国际团队报告称，他们已经通过实验展示了世界上最紧凑的半导体激光器，该激光器可以在室温下在可见光范围内工作
这意味着它产生的相干绿光可以很容易地被记录下来，甚至可以用标准的光学显微镜用肉眼看到
科学家们成功开发了可见光波段的绿色部分，这被认为是纳米激光的问题
“在现代发光半导体领域，存在‘绿色鸿沟’问题，”该文章的首席研究员、印度理工大学物理与工程学院教授赛吉·马卡罗夫说
“绿色间隙意味着用于发光二极管的传统半导体材料的量子效率在光谱的绿色部分急剧下降
这个问题使得由传统半导体材料制成的室温纳米激光器的开发变得复杂
" 该团队选择卤化物钙钛矿作为纳米激光器的材料
传统的激光器由两个关键元件组成——一个允许产生相干受激辐射的活性介质和一个有助于将电磁能量长时间限制在内部的光学谐振腔
钙钛矿可以提供这两种特性:某种形状的纳米粒子既可以作为活性介质，也可以作为高效谐振器
结果，科学家们成功地制造了一种310纳米大小的立方体粒子，当被飞秒激光脉冲光激发时，它可以在室温下产生激光辐射
“我们使用飞秒激光脉冲来泵浦纳米激光，”叶卡特丽娜·蒂根特塞娃说，她是印度理工大学的一名初级研究员，也是这篇文章的合著者之一
“我们辐照孤立的纳米粒子，直到达到特定泵浦强度下的激光产生阈值
之后，纳米粒子开始像典型的激光器一样工作
我们证明了这种纳米激光器可以在至少一百万个激发周期内工作
" 所开发的纳米激光器的独特性并不局限于它的小尺寸
纳米粒子的新颖设计允许有效限制受激发射能量，从而为激光产生提供足够高的电磁场放大
“这个想法是，激光产生是一个门槛过程，”基里尔·科舍列夫解释说，他是印度理工大学的一名初级研究员，也是这篇文章的合著者之一
“你用激光脉冲激发纳米粒子，在特定的外部源‘阈值’强度下，粒子开始产生激光发射
如果你不能很好地把光限制在里面，就不会有激光发射
在之前对其他材料和系统进行的实验中，也有类似的想法，结果表明可以使用四阶或五阶米氏共振，即材料内部的光波长在激光产生频率下符合共振器体积四到五倍的共振
我们已经表明，我们的粒子支持三阶米氏共振，这是前所未有的
换句话说，当谐振器的尺寸等于材料内部三个波长的光时，我们可以产生相干的受激发射
" 值得注意的是，纳米粒子不需要施加外部压力或非常低的温度来作为激光工作
研究中描述的所有效应都是在正常大气压和室温下产生的
这使得这项技术对专注于制造光学芯片、传感器和其他利用光来传输和处理信息的设备(包括光学计算机芯片)的专家很有吸引力
在可见光范围内工作的激光的好处是，在所有其他属性相同的情况下，它们比具有相同属性的红色和红外光源小
问题是，小型激光器的体积通常与发射波长成三次方关系，而且由于绿光的波长比红外光的波长小三倍，所以绿色激光器的小型化极限要大得多
这对未来光学计算机系统的超小型组件的生产至关重要
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