29.04.2015

Laser statt Draht

Laser statt Draht

Integrierte elektronische Schaltkreise auf einem Mikrochip gehören mittlerweile zu unserem alltäglichen Leben. In ihrer Funktionalität und Effizienz haben sie aber größtenteils ihre Grenzen erreicht. Deswegen wird weltweit nach schnelleren, kompakteren und effizienteren Möglichkeiten wie etwa integrierten elektrophotonischen Schaltkreisen geforscht.

Ein Forscherteam konnte nun durch die Kombination von zweidimensionalen Halbleiterschichten mit atomarer Dicke und Halbleiter-Nanoresonatoren einen Nanolaser mit ultraniedriger Laserschwelle realisieren. Solche Nanosysteme benötigen eine sehr geringe Leistung. Sie erzeugen daher nur minimale Hitze und können deshalb sehr gut auf einem Microchip integriert werden.

Wahrscheinlich spontan
Bringt man eine Lichtquelle mit einem Resonator zusammen, werden die Nicht-Strahlungsprozesse unterdrückt, wodurch die Wahrscheinlichkeit spontaner Emission steigt. Ist die Wahrscheinlichkeit groß genug, reicht die spontane Emission aus, um die Lichtquelle zum „Lasern“ zu bringen. Als Nanoresonatoren wurden zweidimensionale photonische Kristalle aus Galliumphosphid (GaP) hergestellt und verwendet.

Photonische Kristalle sind periodische Strukturen aus zwei Materialien mit unterschiedlichem optischem Brechungsindex. Sie besitzen daher eine photonische Bandlücke. Die Periodizität im Brechungsindex wird bei 2D-photonischen Kristallen durch Herstellung von winzigen periodischen Luftlöchern in einer sehr dünnen GaP-Membran mit einer Schichtdicke von etwa 130 Newtonmeter erreicht.

Werden einige der Luftlöcher hintereinander weggelassen, entsteht ein Nanoresonator mit ausreichend großem Gütefaktor und kleinem Volumen. Die optischen Moden sind dann in solchen Nanoresonatoren stark quantisiert. Idealerweise sind alle zufällig emittierten Photonen (Spontanemission) an eine optische Mode gekoppelt. Dadurch werden die anderen Verlustprozesse unterdrückt und ein energetisch effizienter Nanolaser realisiert.

Mehr Informationen:
www.hu-berlin.de

 
 
 
 
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