Mélange de microsphères de polymères organiques présentent un laser à seuil ultra-bas avec le plus haut facteur de qualité rapporté.

22 juillet 2024

Cet article a été révisé conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en avant les attributs suivants tout en garantissant la crédibilité du contenu :

• faits vérifiés
• publication évaluée par des pairs
• source fiable
• relire

par Elena Alonso-Redondo, IMDEA Nanociencia

Les chercheurs d'IMDEA Nanociencia ont fabriqué des microsphères de haute qualité à partir de mélanges de polymères organiques conjugués dotés d'excellentes propriétés laser. L'émission laser des microsphères présente le facteur de qualité le plus élevé rapporté à ce jour, Q>18 000.

Les microrésonateurs optiques diélectriques confinent et concentrent la lumière dans un minuscule chemin circulaire en raison de multiples réflexions internes presque totales au niveau de l'interface diélectrique-air incurvée, où la lumière interfère de manière constructive pour certaines longueurs d'onde. Ces microrésonateurs offrent la possibilité de contrôler le confinement et la propagation de la lumière grâce à un ajustement précis de leur forme, de leur taille et de leur indice de réfraction.

Parmi eux, les résonateurs sphériques sont particulièrement intéressants en raison de leurs facteurs Q élevés (rapport de la fréquence de résonance sur sa bande passante) des résonances Mie correspondantes, ou « modes de galerie murmurante ».

Le facteur Q est essentiellement une mesure de la façon dont la lumière peut être piégée dans la microsphère au fil du temps et des facteurs Q élevés correspondent à des largeurs de raies laser étroites, une caractéristique souhaitée lors de la conception d'applications laser.

Les résonances étroites permettent des applications dans le domaine de la détection optique, y compris des dispositifs très sensibles aux petites variations physiques ou chimiques dans le champ optique proche des résonateurs. De plus, des facteurs Q élevés ouvrent la voie à des applications dans le domaine de l’émission spontanée amplifiée et de l’émission laser de microsphères constituées de matériaux luminescents.

Jusqu’à présent, des microlasers basés sur des polymères conjugués ont été signalés avec des facteurs Q typiques d’environ 1 000. Les polymères conjugués sont devenus d’excellents matériaux organiques pour laser en raison de leurs propriétés optoélectriques exceptionnelles et de leur facilité de traitement.

Parmi toutes les géométries de résonateurs, les microsphères constituées de polymères conjugués combinent une grande absorption optique avec un rendement quantique de photoluminescence élevé, offrant une augmentation de luminosité par rapport aux microsphères commerciales dopées par colorant dans les mêmes conditions de photoexcitation.

Des chercheurs de l'institut IMDEA Nanociencia (Madrid, Espagne), dirigés par le Dr Reinhold Wannemacher et le Dr Juan Cabanillas, ont maintenant signalé des microsphères basées sur des mélanges de polymères conjugués présentant un laser avec le facteur de qualité le plus élevé rapporté à ce jour, Q> 18 000.

Les faibles seuils laser signalés sont basés sur le transfert d'énergie (Förster Resonant Energy Transfer, FRET) entre les constituants polymères des mélanges, un mécanisme qui réduit l'absorption résiduelle à la longueur d'onde laser. Des seuils aussi bas sont prometteurs pour le développement de microlasers pouvant être pompés par des diodes laser à faible coût.

Les résultats ont été publiés dans Advanced Optical Materials.

Ensemble, des seuils bas et des largeurs de raies laser étroites permettent une détection ultrasensible des variations de paramètres physiques (pH, température) ainsi que de la composition chimique de l'environnement des microsphères et, dans le cas de microsphères dont les surfaces sont fonctionnalisées par des groupes organiques spécifiques, une détection ultrasensible et détection hautement spécifique de biomolécules.

Ce dernier point est très pertinent pour le développement de biodétecteurs portables et peu coûteux, qui permettraient un diagnostic rapide des maladies sur les lieux de soins.

Informations sur la revue : Matériaux optiques avancés

Fourni par IMDEA Nanociencia