OVALE HALFGELEIDER ZENDT LASERLICHT MET HOOG VERMOGEN UIT

Met het gestaag kleiner worden van de componenten op een chip is ook de laser geminiaturiseerd. Dat gaat echter ten koste van de efficiëntie. De 'klassieke' diodelaser - te vinden in elke CD-speler - kan niet zomaar tot een paar micron (een micron is een duizendste millimeter) verkleind worden. Onderzoekers van Bell Labs en Yale University presenteerden echter gisteren in Science een geheel nieuw ontwerp van zo'n geminiaturiseerde laser die niet alleen veel vermogen uitzendt, maar dat ook erg gericht doet.

De 'klassieke' laser in de cd-spelers is niet meer dan een blokje halfgeleidermateriaal - bijvoorbeeld galliumarsenide - waar een stroom doorheen gaat. De uiteinden van het blokje functioneren als spiegels. Helaas laten die bij elke reflectie zo'n 70 porcent procent licht door. Dat betekent dat er vrij hoge stroom nodig is om de laser aan de praat te krijgen. Zo gaat kostbare (elektrische) energie in de vorm van warmte verloren. Eind jaren tachtig werd ontdekt dat laserlicht veel beter kan worden 'gevangen' door het op te wekken in een plat, rond schijfje. De lichtbundel raast hierin langs de omtrek, maar wordt steeds teruggekaatst. Dit effect was al veel langer bekend voor geluid. Onderaan de rand van de koepel van St. Paul's Cathedral in Londen bevindt zich de Whispering Gallery. Wanneer in deze gang op fluistertoon een gesprek wordt gevoerd, is dat aan de overkant te horen. De Engelse fysicus Lord Rayleigh verklaarde het verschijnsel al meer dan een eeuw geleden: de geluidstrillingen weerkaatsen aan de muren en versterken elkaar.

In een 'optische fluistergalerij' lekt naar verwachting dus veel minder licht weg en is er een veel lagere drempelstroom nodig. Maar dat is tegelijkertijd ook een nadeel. Want de reflecties aan de rand zijn zo effectief dat er nauwelijks meer licht naar buiten komt. En als er al wat uitlekt, dan gebeurt dat overal aan de rand en niet op één plaats.

Al deze problemen blijken nu te kunnen worden opgelost door het halfgeleider een beetje te vervormen, tot een soort ovaal is verkregen. Theoretisch werk had vorig jaar al uitgewezen dat daarin de bewegingen van een lichtstraal onder invloed van de vele reflecties chaotisch worden en niet meer kunnen worden voorspeld. Toch blijkt het licht is het niet onzeker waar zou zijn waar het licht naar buiten komt. Dat zou bij voorkeur moeten gebeuren waar de kromming het sterkst is. De nu gepubliceerde resultaten van experimenten met verschillende meer of minder vervormde lasertjes laten dat prachtig zien. Het laserlicht wordt in een aantal nauwe bundels uitgezonden met een vermogen dat zo'n duizend keer groter is dan dat van de volmaakt ronde laser. De mogelijke toepassingen van dergelijke minuscule lichtbronnetjes liggen voor het oprapen: in optische computers, ten behoeve van de glasvezelcommunicatie en zelfs in medische sensoren.

    • Rob van den Berg