Multimodale Mini-Laser
Gitter aus Gold-Nanopartikeln ermöglichen Laser mit einstellbaren Parametern.
Laser gibt es in vielen verschiedenen Größen und Stärken, von turnhallengroßen Terawatt-
Abb.: Schema (links) und rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (rechts) der Gold-
Die Forscher nutzten hierzu die Bandkanten verschieden großer Anordnungen von Nanopartikeln. Dabei konnten sie die unterschiedlichen Lasing-
Die Gold-Nanopartikel waren quadratisch in zweidimensionalen Subgittern in einem Abstand von sechshundert Nanometern zueinander angeordnet und befanden sich in einer Lösung, die mit Farbstoff versetzt war. Die einzelnen Nanoteilchen besaßen einen Durchmesser von 120 Nanometern und waren fünfzig Nanometer hoch. Die Subgitter hatten eine Kantenlänge von rund 18 Mikrometern. Die Leerräume zwischen den einzelnen Subgitter maßen wenige Mikrometer.
Zur Anregung der Nanopartikel-Plasmonen bestrahlten die Forscher die Nanoteilchen mit einem Titan-
„Mit diesen Supergittern können wir nicht nur teure Produktionsverfahren umgehen und direkt mehrere Lasermoden auf einem einzigen Chip erzeugen“, sagt Teri Odom, Koautor der Veröffentlichung. „Anhand der Architektur der Nanokavitäten können wir auch direkt Einfluss auf Parameter wie Wellenlänge und Intensität der Laserstrahlen nehmen.“ Diese Parameter hängen von der Teilchengröße, Abstand der Nanopartikel, Größe und Abstand der verschiedenen Subgitter ab. Bei Nanoteilchen-
Das gute Ansprechverhalten der Mikrogitter verdankt sich gleich mehreren Ursachen. Einerseits besitzt der Farbstoff, der die Nanoteilchen bedeckt, eine hohe Bandbreite, um die Energie des Pumplasers aufzunehmen. Andererseits sind die spektralen Resonanzen der Gitter-
Bis derartige Nanolaser in industriellen Produkten Anwendung finden, dürfte jedoch noch einige Zeit vergehen: Nach Schätzung der Wissenschaftler wird dies noch ungefähr ein Jahrzehnt benötigen. Dann könnten sich derartige Laser für die Datenübertragung oder die mehrfarbige Beleuchtung von Gewebeproben einsetzen lassen. Laboranwendungen sollten aber schon deutlich eher möglich sein. Schon in den kommenden Jahren könnte man derartige multimodale Chiplaser etwa in der Sensorik einsetzen, um verschiedene Substanzen gleichzeitig nachzuweisen. Ein anderes lohnendes Gebiet sind in-situ-
Eine weitere interessante Anwendung, an der die Forscher in Zukunft arbeiten wollen, sind weiße Nanolaser, die sich aus der Kombination von blauen, grünen und roten Wellenlängen ergeben und über einen gewissen Bereich durchstimmen lassen. Hierzu müssen die Wissenschaftler den Wellenlängenbereich, in dem die Nanokavitäten funktionieren, noch erweitern. Dann aber ließe sich die Farbtemperatur des weißen Lasers anhand der relativen Intensitäten und zentralen Wellenlängen der drei Farbkanäle vergleichsweise einfach einstellen.
Dirk Eidemüller
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RK