Une nouvelle étude montre qu'un matériau de colorant organique combiné à des nanostructures métalliques peut fournir une dynamique laser ultrarapide avec des impulsions laser courtes et apparaissant rapidement.

« Nous voulions savoir à quelle vitesse nous pouvons allumer et éteindre notre appareil laser. La génération rapide d'impulsions laser peut être très utile dans le traitement de l'information et peut améliorer la réponse de certains appareils optoélectroniques, " explique le chercheur postdoctoral Konstantinos Daskalakis à l'Université Aalto.

Les échantillons utilisés dans les expériences sont constitués de nanoparticules d'or placées sur du verre et immergées dans une matière organique, matériau électroluminescent. Les nanoparticules sont disposées très près les unes des autres dans un réseau carré. Les champs électriques localisés autour des particules entraînent des intensités de champ élevées qui accélèrent la dynamique moléculaire dans le colorant organique.

Les champs électromagnétiques et les particules d'or conductrices interagissent à la fois entre eux et avec le colorant organique pour générer une impulsion laser directionnelle ultrarapide, un trillionième de seconde.

La génération d'un laser de ce type est prometteuse pour la commutation et la détection tout optique et améliorera potentiellement la vitesse des télécommunications optiques et les performances des appareils qui utilisent la lumière pour traiter l'information, comme les caméras et les transistors.

Les très petits nanolasers ne fournissent généralement pas de faisceaux clairement directionnels. Disposer les nanoparticules en réseau améliore considérablement la directivité. De tels lasers ont déjà été créés dans plusieurs laboratoires dans le monde, mais leur potentiel pour les impulsions ultrarapides n'a pas été prouvé avant les expériences menées à l'Université d'Aalto.

La mesure des propriétés des impulsions est très exigeante en raison de leur vitesse énorme.

« La principale réalisation ici est que nous avons réussi à démontrer expérimentalement que les impulsions laser sont en effet ultrarapides. Le laser se produit dans des modes optiques hybrides de la lumière et du mouvement des électrons dans le métal. Ces modes sont appelés résonances de réseau de surface, " explique le professeur de l'Académie Päivi Törmä.

La lumière laser est d'abord comprimée par les nanoparticules métalliques dans des dimensions inférieures à la longueur d'onde, puis il s'échappe des modes de résonance du réseau de surface sous la forme d'un picoseconde rapide, impulsion laser concentrée.

"Ces types de lasers à réseau de nanoparticules métalliques sont excellents pour générer un rayonnement laser pulsé avec une vitesse de modulation élevée, ", explique le doctorant Aaro Väkeväinen.

L'impulsion générée par le laser à nanoparticules est si rapide qu'aucune caméra électronique conventionnelle ne peut capturer sa dynamique. Les chercheurs ont utilisé un autre laser comme « caméra, " prendre des photos très rapides du minuscule laser. La méthode est appelée spectroscopie pompe-sonde.