De kleinste laser ter wereld ziet het licht in Utrechts laboratorium

Minuscule draadjes van zinkoxide kunnen fungeren als laser. Dat wil zeggen dat ze aan hun uiteinden licht kunnen uitzenden met een scherp gedefinieerde golflengte, waarbij alle lichtgolven netjes met elkaar in de pas lopen. Dat blijkt uit metingen van de Utrechtse promovendus Bert van Vugt, postdoc Sven Rühle en hoogleraar Daniël Vanmaekelbergh (Nanoletters, december).

De onderzoekers maakten draadjes van 20 micrometer (duizendste millimeter) lang en 60 tot 400 nanometer (miljoenste millimeter) dik. Ze verdeelden deze nanodraadjes over een siliciumoppervlak dat zo was geprepareerd dat individuele draadjes goed gelokaliseerd konden worden. Daarna bestraalden ze de draadjes met intens laserlicht met een golflengte van 349 nanometer.

Zulk laserlicht wordt geabsorbeerd door de elektronenzee in de fijne draadjes. De kleine veranderingen die daardoor in de elektronenzee ontstaan, worden daarna weer tenietgedaan door het uitzenden van licht. Die uitgezonden lichtgolven, met een golflengte van 380 nanometer, vormen vervolgens samen een lichtbundel die het draadje aan beide uiteinden verlaat.

Van Vugt en collega’s lieten zien dat het licht uit de uiteinden van de draadjes inderdaad laserlicht is. Het heeft een scherp gedefinieerde golflengte (diepviolet) én de lichtgolven lopen met elkaar in de pas. Dat laatste bleek uit de waargenomen interferentiepatronen – regelmatige patronen van donker en licht die ontstaan als lichtgolven uit de beide uiteinden op elkaar botsen.

De interferentiepatronen lieten ook zien dat het licht, in tegenstelling tot bij een conventionele laser, naar alle kanten uitwaaiert als het uit het draadje komt. Dat zou deze nanolaser geschikt maken als lichtpixel in een plat beeldscherm, waarvan het beeld vanuit alle richtingen goed zichtbaar moet zijn. Maar bij andere (toekomstige) toepassingen kan het een beperking zijn, schrijven de onderzoekers.

Nanodraden als lichtgeleiders – en nu dus als lasers – zijn hot, omdat ze gebruikt kunnen worden in geminiaturiseerde optische circuits. Die zullen in de toekomst waarschijnlijk een deel van de computerchips vervangen omdat ze signalen uit glasvezels direct kunnen verwerken, sneller schakelen en koeler blijven. Margriet van der Heijden