Depuis que les lasers ont été développés pour la première fois, la demande de lasers plus adaptables n'a fait qu'augmenter. Les cristaux liquides nématiques chiraux (CLC) sont une classe émergente de dispositifs laser qui sont sur le point de façonner la façon dont les lasers seront utilisés à l'avenir en raison de leurs seuils bas, facilité de fabrication, et la capacité d'être réglé sur des bandes plus larges du spectre électromagnétique. Nouveau travail sur la façon de sélectionner les modes de bande dans ces appareils, qui déterminent l'énergie laser, peut faire la lumière sur la façon dont les lasers du futur seront réglés.

Les cavités laser sont formées d'un cristal liquide nématique chiral dopé avec un colorant fluorescent. Le cristal liquide crée une bande interdite photonique dans la cavité laser. Une équipe internationale de chercheurs a démontré une technique qui permet au laser de commuter électriquement l'émission entre les bords de longueur d'onde longue et courte de la bande interdite photonique simplement en appliquant une tension de 20 V. Ils rapportent leur travail cette semaine dans Lettres de physique appliquée .

"Notre contribution est de trouver un moyen de changer l'orientation du moment dipolaire de transition du milieu de gain [le colorant fluorescent] dans la structure CLC et d'obtenir une sélection de mode entre les bords de longueur d'onde longue et courte sans régler la position de la bande interdite photonique , " dit Chun-Ta Wang, un auteur de l'article. "Nous avons également fait la démonstration d'un système CLC stabilisé aux polymères, qui a amélioré la stabilité du laser, performances laser et tension de seuil."

Les lasers CLC fonctionnent à travers une collection de cristaux liquides qui s'auto-assemblent en motifs en forme d'hélice, qui agissent alors comme la cavité du laser. Ces hélices sont chirales, c'est-à-dire qu'ils tirent dans le même sens, ce qui leur permet d'être réglés sur une large gamme de longueurs d'onde. Alors que de nombreux lasers, comme les diodes laser utilisées dans les lecteurs DVD, sont fixés à une seule couleur, de nombreux lasers CLC peuvent être réglés sur plusieurs couleurs dans le spectre de la lumière visible et au-delà.

En plus de régler la longueur d'onde laser, un domaine d'étude important consiste à trouver différentes manières de régler la longueur d'onde en commutant le mode laser d'un bord de la bande interdite photonique à l'autre. Certaines tentatives jusqu'à présent ont suggéré qu'il est possible de basculer entre les bords de longueur d'onde longue et courte.

Le travail de l'équipe de Wang démontre que cette commutation de mode est possible en appliquant un champ électrique à courant continu au colorant fluorescent, modifier son paramètre d'ordre sans affecter la position spectrale de sa bande interdite. Les chercheurs ont testé trois mélanges en faisant varier les rapports de cristaux liquides et de colorants et en enregistrant leurs sorties laser par spectrométrie à fibre optique.

Ils ont découvert qu'il était possible pour tous les échantillons de passer du laser au bord de la courte longueur d'onde au laser au bord de la grande longueur d'onde, un décalage de près de 40 nanomètres, avec aussi peu que 20 volts. De plus, un échantillon CLC planaire stabilisé par polymère a pu tirer parti de sa stabilité structurelle supplémentaire pour basculer de manière réversible entre les deux modes et a montré des performances et une tension de seuil améliorées.

"Il y a eu de nombreux calculs pour savoir comment réaliser ce phénomène dans ce domaine, mais à notre connaissance, c'est la première fois que cela est prouvé expérimentalement, " a déclaré Wang.

Regarder vers l'avant, Wang a déclaré que l'utilisation généralisée des lasers CLC est toujours prévue pour l'avenir. En attendant, lui et son équipe espèrent élargir notre compréhension de la sélection de mode de bord de bande assistée électriquement dans d'autres types de cristaux photoniques.