27 Giugno 07Fisica e materiali | OTTICA

Un nanolaser dal Sol Levante

Gli scienziati della Yokohama National University, in Giappone, hanno costruito un nanolaser altamente efficiente che funziona a temperatura ambiente e produce stabili e continui flussi di luce prossimi all’infrarosso. Il dispositivo ha una larghezza di alcuni micron (milionesimi di metro), mentre la componente che effettivamente produce il fascio laser ha dimensioni su scala nanometrica (miliardesimi di metro). Il laser necessita inoltre di una potenza tra le più basse, solo un microwatt. Il progetto – presentato su Optics Express, giornale della Optical Society of America (OSA) - sarà utile soprattutto nella realizzazione di circuiti miniaturizzati contenenti dispositivi ottici (microchip).
 
Il nanolaser è fatto di un materiale semiconduttore noto come GaInAsP  (gallium indium arsenide phosphate). Le piccole dimensioni e le alte performance sono rese possibili dalla struttura del dispositivo - mostrato per la prima volta nel 1999 al California Institute of Technology - noto  come “laser a cristalli fotonici”. I ricercatori hanno operato sulla struttura una serie ripetuta di fori creando uno schema chiamato “cristallo fotonico”. Successivamente hanno introdotto volontariamente un irregolarità, un difetto nello schema del cristallo, che impedisce nella struttura le onde di luce della maggior parte dei colori ad eccezione di una piccola banda di frequenze nella regione vicina all’irregolarità. Il laser, inoltre, opera a temperatura ambiente, producendo un continuo fascio di luce:  un risultato difficile da ottenere perché richiede una attenta gestione del consumo di energia e della dissipazione del calore.
 
Secondo il ricercatore Toshihiko Baba, il nuovo nanolaser può essere utilizzato in due modi, a seconda del valore “Q” scelto. Q rappresenta l’abilità di un sistema di oscillazione di mantenersi stabile prima di disperdere la propria energia. Un esempio comune è il diapason (più è alto il suo valore Q, più a lungo suonerà dopo essere stato colpito). Anche i laser sono sistemi di oscillazione perché producono onde di luce che ripetutamente rimbalzano avanti e indietro dentro il dispositivo per costruire il raggio di luce. Se fatto funzionare a livelli alti di Q (20.000), il nanolaser sarà utile per i microchip mentre a livelli intermedi (1500), avendo bisogno  soltanto di una piccolissima quantità di potenza per raggiungere la soglia di produzione di luce laser, consentirà l’emissione di livelli molto bassi di luce, persino di singoli fotoni. (m.r.)