Organiczne mikrosfery mieszanki polimerów wykazują ultra-niski próg lasowania z najwyższym zgłoszonym współczynnikiem jakości

22 lipca 2024 roku

Ten artykuł został zrecenzowany zgodnie z procesem redakcyjnym i zasadami Science X. Redaktorzy podkreślili następujące cechy, jednocześnie zapewniając wiarygodność treści:

• sprawdzona pod kątem faktów
• publikacja z recenzją naukową
• zaufane źródło
• skorygowana

przez Elenę Alonso-Redondo z IMDEA Nanociencia

Badacze z IMDEA Nanociencia stworzyli mikrosfery wysokiej jakości z mieszanin polimerów organicznych o doskonałych właściwościach lasingowych. Emisja laserowa mikrosfer ma najwyższy dotychczasowy czynnik jakości, Q>18,000.

Dielektryczne mikrorezonatory optyczne ograniczają i skupiają światło w małej okrągłej ścieżce, dzięki wielokrotnym zbliżeniom do całkowitej refleksji wewnętrznej na krzywej dielektryk-powietrze, gdzie światło interferuje konstruktywnie dla określonych długości fali. Te mikrorezonatory oferują możliwość uzyskania kontroli nad skupieniem i propagacją światła poprzez precyzyjne dostosowanie ich kształtu, wielkości i wskaźnika załamania.

Wśród nich rezonatory kuliste są szczególnie interesujące ze względu na ich wysokie czynniki Q (stosunek częstotliwości rezonansu do szerokości pasma) odpowiadające rezonansom Mie lub tzw. 'whispering gallery modes'.

Czynnik Q jest w istocie miarą tego, jak dobrze światło może być uwięzione w mikrosferze w czasie, a wysokie czynniki Q odpowiadają wąskim liniom lasingu, co jest pożądaną cechą podczas projektowania zastosowań laserowych.

Wąskie rezonanse umożliwiają zastosowania w dziedzinie detekcji optycznej, w tym urządzeń o wysokiej czułości na niewielkie zmiany fizyczne lub chemiczne w optycznym polu blisko pola rezonatorów. Ponadto wysokie czynniki Q otwierają drogę do zastosowań w dziedzinie wzmocnionego spontanicznego promieniowania i lasingu mikrosfer wykonanych z materiałów luminescencyjnych.

Dotychczas mikrolasery oparte na polimerach koniugowanych były zgłaszane z typowymi czynnikami Q rzędu 1,000. Polimery koniugowane pojawiły się jako doskonałe materiały laserowe na bazie materiałów organicznych ze względu na ich wybitne właściwości optoelektryczne i łatwość przetwarzania.

Wśród wszystkich geometrii rezonatorów, mikrosfery wykonane z polimerów koniugowanych łączą dużą absorpcję optyczną z wysokim wydajnością kwantową fotoluminescencji, umożliwiając zwiększenie jasności w porównaniu z komercyjnymi mikrosferami barwiącymi pod wpływem tego samego oświetlenia.

Badacze z instytutu IMDEA Nanociencia (Madryt, Hiszpania), pod kierownictwem dr. Reinholda Wannemachera i dr. Juana Cabanillasa, zgłosili teraz mikrosfery oparte na mieszankach polimerów koniugowanych, które wykazują lasing z najwyższym dotychczasowym czynnikiem jakości, Q> 18,000.

Zgłaszane niskie progi lasera oparte są na przekazie energii (Förster Resonant Energy Transfer, FRET) między składnikami polimerów mieszanek, mechanizmem, który zmniejsza absorpcję pozostałą w długości lasingu. Tak niskie progi są obiecujące dla rozwoju mikrolaserów, które mogą być pompowane przez tanie diody laserowe.

Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Advanced Optical Materials.

Razem niskie progi i wąskie linie lasingu umożliwiają ultra-czułe wykrywanie zmian parametrów fizycznych (pH, temperatura) oraz składu chemicznego środowiska mikrosfer oraz, w przypadku mikrosfer z powierzchnią zfunkcjonalizowaną przez określone grupy organiczne, ultra-czułe i wysoko swoiste wykrywanie biomolekuł.

To ostatnie jest bardzo istotne dla rozwoju przenośnych i niedrogich biodektorów, które umożliwią szybką diagnozę chorób w miejscach opieki.

Więcej informacji: Jorge González Sierra et al, Wysokie Q Ultra‐Niskie Progi Lasingu w Mikrosferach z Mieszanki Polimerów Koniugowanych Wspomaganych przez FRET, Advanced Optical Materials (2024). DOI: 10.1002/adom.202400161

Informacje o czasopiśmie: Advanced Optical Materials

Dostarczone przez IMDEA Nanociencia