Da quando i laser sono stati sviluppati per la prima volta, la domanda di laser più adattabili è solo aumentata. I cristalli liquidi nematici chirali (CLC) sono una classe emergente di dispositivi laser che sono pronti a modellare il modo in cui i laser verranno utilizzati in futuro a causa delle loro soglie basse, facilità di fabbricazione, e la capacità di essere sintonizzati su andane più ampie dello spettro elettromagnetico. Nuovo lavoro su come selezionare le modalità di banda in questi dispositivi, che determinano l'energia laser, potrebbe far luce su come saranno sintonizzati i laser del futuro.

Le cavità laser sono formate da un cristallo liquido nematico chirale drogato con un colorante fluorescente. Il cristallo liquido crea un bandgap fotonico nella cavità laser. Un team internazionale di ricercatori ha dimostrato una tecnica che consente al laser di commutare elettricamente l'emissione tra i bordi di lunghezza d'onda lunga e corta del bandgap fotonico semplicemente applicando una tensione di 20 V. Riferiscono il loro lavoro questa settimana in Lettere di fisica applicata .

"Il nostro contributo è trovare un modo per cambiare l'orientamento del momento di dipolo di transizione del mezzo di guadagno [il colorante fluorescente] nella struttura CLC e ottenere la selezione della modalità tra i bordi a lunghezza d'onda lunga e corta senza sintonizzare la posizione del bandgap fotonico , " disse Chun-Ta Wang, un autore della carta. "Abbiamo anche dimostrato un sistema CLC stabilizzato con polimeri, che ha migliorato la stabilità del laser, prestazioni del laser e tensione di soglia."

I laser CLC funzionano attraverso una raccolta di cristalli liquidi che si autoassemblano in modelli a forma di elica, che poi fungono da cavità del laser. Queste eliche sono chirali, nel senso che cavatappi nella stessa direzione, che consente loro di essere sintonizzati su un'ampia gamma di lunghezze d'onda. Mentre molti laser, come i diodi laser utilizzati nei lettori DVD, sono fissati ad un colore, molti laser CLC possono essere sintonizzati su più colori nello spettro della luce visibile e oltre.

Oltre a sintonizzare la lunghezza d'onda del laser, un'area di indagine calda è trovare modi diversi di sintonizzare la lunghezza d'onda commutando la modalità laser da un bordo all'altro del bandgap fotonico. Alcuni tentativi finora hanno suggerito che è possibile alternare tra i bordi di lunghezza d'onda lunga e corta.

Il lavoro del team di Wang dimostra che questo cambio di modalità è possibile applicando un campo elettrico in corrente continua al colorante fluorescente, alterando il suo parametro d'ordine senza influenzare la posizione spettrale del suo bandgap. I ricercatori hanno testato tre miscele variando i rapporti di cristalli liquidi e coloranti e registrando le loro uscite laser attraverso la spettrometria a fibra ottica.

Hanno scoperto che era possibile per tutti i campioni passare dal laser sul bordo a lunghezza d'onda corta al laser sul bordo a lunghezza d'onda lunga, uno spostamento di quasi 40 nanometri, con un minimo di 20 volt. Inoltre, un campione CLC planare stabilizzato con polimero è stato in grado di sfruttare la sua stabilità strutturale extra per passare in modo reversibile tra le due modalità e ha mostrato prestazioni e tensione di soglia migliorate.

"Ci sono stati molti calcoli su come ottenere questo fenomeno in questo campo, ma a nostra conoscenza, questa è la prima volta che è stato dimostrato sperimentalmente, "Ha detto Wang.

Guardando avanti, Wang ha affermato che l'uso diffuso dei laser CLC è ancora previsto per il futuro. Intanto, lui e il suo team sperano di ampliare la nostra comprensione della selezione della modalità del bordo di banda assistita elettricamente in altri tipi di cristalli fotonici.