Les résonateurs WGM (Whispering Gallery Mode) sont utilisés pour fabriquer de minuscules micro-lasers, capteurs, commutateurs, routeurs et autres appareils. Ces structures minuscules reposent sur un phénomène similaire à un effet observé dans les galeries circulaires, comme dans certaines cathédrales ou musées, où les ondes sonores traversent la galerie et sont réfléchies et recentrées suffisamment étroitement pour qu'un murmure d'un côté puisse être entendu de l'autre.

Le même phénomène s'applique à la lumière. Lorsque la lumière est stockée dans des résonateurs actifs annulaires ou sphériques, les ondes se superposent de telle sorte qu'il peut en résulter une lumière laser. Cette semaine à Photonique APL , les chercheurs rapportent un nouveau type de micro-laser WGM dopé par colorant qui produit de la lumière avec des longueurs d'onde accordables. Non seulement la plage de réglage des nouveaux appareils est plus large que par le passé, c'est complètement réversible.

Une caractéristique unique de la conception, selon l'auteur principal Tobias Siegle de l'Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne, est que l'accord est rendu possible en changeant la taille d'un substrat flexible. L'étirement du substrat modifie la distance entre les deux côtés du disque fendu dans le résonateur et ainsi, la longueur d'onde de la lumière produite.

Le disque lui-même mesure généralement environ 25 microns de diamètre, avec un écart initial entre ses deux moitiés d'environ 2,5 microns, seulement 3 pour cent du diamètre d'un cheveu humain typique. Le disque est monté sur un élastomère, ou substrat plastique extensible, qui peut être tiré dans une direction perpendiculaire à la division du disque, diminuant la taille de l'écart. La lumière produite par ces micro-lasers se déplace vers la plage bleue du spectre lorsque la taille de l'intervalle diminue. Ils ont observé des décalages de longueur d'onde de plusieurs nanomètres dans le domaine visible.

"Notre nouvelle conception produit une large plage de réglage qui ne peut pas être facilement obtenue avec d'autres résonateurs WGM, " dit Siegle. " De plus, le mécanisme d'accord est complètement réversible."

Cette caractéristique permet à l'appareil d'être utilisé dans la recherche en optique fondamentale. Une autre caractéristique de la technologie du disque divisé est une sensibilité accrue dans la détection de l'indice de réfraction.

"Pour une largeur de fente de 1,4 microns, les performances de détection sont augmentées de 65 %, " Siegle a dit, par rapport à un résonateur à disque de référence sans espace.

Les appareils les plus utiles ont un seuil laser bas, car cela permet l'utilisation de petites quantités d'énergie. Un seuil bas réduit ou empêche le photo-blanchiment des molécules de colorant utilisées dans le dispositif et augmente sa durée de vie attendue. Les enquêteurs ont testé leur conception et ont trouvé un laser à faible seuil pour les disques divisés fabriqués à l'aide d'une technique de lithographie en 3D ou par faisceau d'électrons.

Une autre quantité qu'ils ont étudiée est la qualité, ou facteur Q, qui correspond au temps de stockage des photons dans la cavité laser. Une valeur Q élevée est souhaitable, et bien que les enquêteurs aient découvert que leur conception à disques divisés réduisait quelque peu Q, le seuil laser se situait dans une plage appropriée, rendre le design précieux.

Les travaux futurs seront axés sur le développement de guides d'ondes à résonateur couplé accordables, qui peuvent servir de lignes à retard optiques ou de filtres, et dans d'autres applications.