Research press release


Nature Photonics

Sharpening laser beams

レーザービームには固有の広がりがある。この広がりの問題は、通常、レンズや曲面鏡を用いて光を集束、つまりコリメートすることによって克服される。しかし、これには、一般的に綿密な光学アラインメントが必要である。今回Nature Photonics(電子版)に掲載される論文で、研究者らは、表面プラズモン(2つの物質の界面において光によって励起される電子密度のゆらぎ)を利用してこのビームの広がりを低減できることを示した。

N Yuらは、表面プラズモンを利用して、量子カスケードレーザー(中赤外から遠赤外域の光を発する半導体レーザー)で発生したビームを整形している。Yuらは、1つの金属スリットと複数の溝をレーザーの前面にエッチングで形成しているが、この構造のおかげで、レーザー光が表面プラズモン波と効率よく結合した後、散乱されて非常に細い光ビームとなる。



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Laser beams have an intrinsic spread. Normally this spread is overcome using lenses or curved mirrors to focus or collimate the light, but this typically involves meticulous optical alignment. Researchers, reporting online this week in Nature Photonics, have shown that it is possible to reduce this beam spread using surface plasmons — fluctuations in the electron density, which can be excited by light, at the boundary of two materials.

Nanfang Yu and colleagues use surface plasmons to shape the beams produced by quantum-cascade lasers — semiconductor lasers that emit light in the mid- to far-infrared. They etch a metallic slit and grooves onto the front of the laser. These structures allow the laser light to be efficiently coupled to surface plasmon waves and then scattered into a very narrow beam of light.

To make this work, the team has to optimize several properties of the slit–groove structure, including the width of the slit and the width and depth of each groove. The resulting laser beams have 25 times less spread, with an angle of about 2.4 degrees. A variety of beams could be engineered in this way, offering a more efficient way of coupling light into optical fibres.

doi: 10.1038/nphoton.2008.152

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