p Micrografia eletrônica de varredura de uma cavidade de disco dividido WGM polimérico:Dois meios-discos opostos (R =25μm) com um espaço de ar intermediário de vários mícrons são estruturados em um substrato PDMS elastomérico com gravação direta a laser. Crédito:Tobias Siegle, Karlsruhe Institute of Technology
p Os ressonadores do Whispering Gallery Mode (WGM) são usados para fazer minúsculos micro-lasers, sensores, comuta, roteadores e outros dispositivos. Essas estruturas minúsculas dependem de um fenômeno semelhante a um efeito observado em galerias circulares, como em algumas catedrais ou museus, onde as ondas sonoras viajam pela galeria e são refletidas e reorientadas com força suficiente para que um sussurro de um lado possa ser ouvido do outro. p O mesmo fenômeno se aplica à luz. Quando a luz é armazenada em ressonadores ativos em forma de anel ou esféricos, as ondas se sobrepõem de tal forma que podem resultar em luz laser. Esta semana em
APL Photonics , os investigadores relatam um novo tipo de micro-laser WGM dopado com corante que produz luz com comprimentos de onda ajustáveis. Não só a faixa de sintonia dos novos dispositivos é mais ampla do que era possível no passado, é totalmente reversível.
p Uma característica única do design, de acordo com o autor principal, Tobias Siegle, do Karlsruhe Institute of Technology, na Alemanha, é que o ajuste é possível alterando o tamanho de um substrato flexível. Esticar o substrato altera a distância entre os dois lados do disco dividido no ressonador e, portanto, o comprimento de onda da luz produzida.
p O próprio disco tem normalmente cerca de 25 mícrons de diâmetro, com uma lacuna inicial entre suas duas metades de cerca de 2,5 mícrons, apenas 3 por cento do diâmetro de um cabelo humano típico. O disco é montado em um elastômero, ou substrato de plástico elástico, que pode ser puxado em uma direção perpendicular à divisão do disco, diminuindo o tamanho da lacuna. A luz produzida por esses micro-lasers muda em direção à faixa azul do espectro quando o tamanho da lacuna diminui. Eles observaram mudanças no comprimento de onda de vários nanômetros na faixa do visível.
p "Nosso novo design produz uma ampla faixa de ajuste que não pode ser facilmente alcançada com outros ressonadores WGM, "Siegle disse." Além disso, o mecanismo de ajuste é completamente reversível. "
p Ilustração esquemática do processo de ajuste:A lacuna e, portanto, o comprimento de onda de ressonância dos discos divididos podem ser ajustados esticando mecanicamente o substrato (setas azuis) e explorando a contração lateral do substrato (setas verdes). Crédito:Tobias Siegle, Karlsruhe Institute of Technology
p Esse recurso permite que o dispositivo seja usado em pesquisas fundamentais de óptica. Outro recurso da tecnologia de disco dividido é a sensibilidade aprimorada na detecção do índice de refração.
p "Para uma largura de lacuna de 1,4 mícron, o desempenho de detecção é aumentado em 65 por cento, "Siegle disse, ao comparar com um ressonador de disco de referência sem uma lacuna.
p Os dispositivos mais úteis têm um baixo limite de laser, uma vez que permite o uso de pequenas quantidades de energia. Um limite baixo reduz ou impede o foto-branqueamento das moléculas de corante usadas no dispositivo e aumenta sua vida útil esperada. Os pesquisadores testaram seu projeto e encontraram lasing de baixo limiar para discos divididos fabricados usando uma técnica de litografia 3-D ou feixe de elétrons.
p Outra quantidade que estudaram é a qualidade, ou fator Q, que corresponde ao tempo de armazenamento do fóton na cavidade do laser. Um alto valor Q é desejável, e embora os investigadores tenham descoberto que seu design de disco dividido reduziu um pouco o Q, o limite do laser estava dentro de uma faixa apropriada, tornando o design valioso.
p O trabalho futuro será focado no desenvolvimento de guias de ondas de ressonador acoplado sintonizáveis, que podem ser usados como filtros ou linhas de atraso óptico, e em outras aplicações.