由于对纳米制造过程的控制水平有限,纳米科学中不可避免地存在缺陷和不规则现象。无序对纳米系统可能有害,但如果控制得当,无序可能导致新的物理概念和应用。通过在纳米激光器中引入一定程度的无序,激光不再朝着一个特定的方向发射,而是向所有方向发射。

纳米级激光器(比人类头发的厚度还小)的发展是一个非常活跃的研究领域。在普通的激光器中,每个光子(光粒子)在位于腔内的介质中被复制多次(例如,光子在一对镜子之间来回移动,产生其他具有相同特性的光子)。为了实现激光发射,通常通过介质注入电流或用高能光照射介质。激光发出所需的最小能量称为激光阈值。

另一种激光器是极化子激光器。这种方法的原理不是克隆光子,而是让不相同的光子在很大程度上相同,就像以不同速度向各个方向移动的水蒸气分子浓缩成一滴水滴一样。光子的凝结产生了激光强烈的定向发射特性。极化激元激光器的一个重要优点是其具有低得多的激光阈值,这使它们成为许多应用领域的优秀候选者。

极化激元激光器的一个主要问题是,它们需要在非常低的温度下工作(比如只有在温度降低时才会发生蒸汽凝结),但通过使用有机材料,即使在环境温度下也可以获得极化激元激光发射。研究人员已经开发出一种新型的低能量纳米级激光器,可以向各个方向发光。其全向光发射的关键是材料中不规则的引入。

新型极化激子激光器由一种规则模式的镀有彩色聚甲基丙烯酸甲酯聚合物的银纳米条纹组成,其染料为有机发射分子;然而,银色条纹故意带有某种程度的不完美和无序。这种非完美纳米激光器的发射是全方位的,主要是由有机分子的性质决定的。这一结果在缩合框架中是意料不到的,因为全向排放需要来自独立有机分子的排放,而不是缩合典型的集体排放。全向发射的证明为纳米级激光器在常温下的发展定义了新的边界。

激光是显微镜照明的一个很好的候选者,目前使用的是led;激光雷达是另一个潜在的应用。目前的激光雷达使用一个或多个激光器和一组快速移动的镜子,以覆盖大面积图像遥远的物体。全向激光器不需要移动反光镜,因此大大降低了复杂性。

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科技简报》杂志

本文首次发表于《华尔街日报》2021年2月号技术简介杂志。

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