Nieuwe blauwlicht-emitterende lasers maken gebruik van colloïdale kwantumdots met een lage toxiciteit

Blauwe lasers, lasers die een lichtstraal uitzenden met een golflengte tussen 400 nm en 500 nm, zijn sleutelcomponenten van verschillende technologieën, variërend van beeldschermen met hoge resolutie tot printers, hulpmiddelen voor medische beeldvorming en oplossingen voor gegevensopslag. Een belangrijk voordeel van deze lasers is dat ze coherente en intense lichtbundels genereren die kunnen worden gebruikt om zeer geavanceerde optische technologieën te ontwikkelen.

Eén benadering voor het ontwikkelen van blauwe lasers omvat het gebruik van colloïdale kwantumdots (CQD’s). Dit zijn halfgeleidende deeltjes op nanoschaal met unieke optische eigenschappen die verband houden met hun grootte.

Lasers op basis van deze deeltjes op nanoschaal kunnen opmerkelijke voordelen hebben, waaronder verbeterde energie-efficiëntie en afstembaarheid. De meeste op kwantumdots gebaseerde lasers die tot nu toe zijn ontwikkeld, maken gebruik van cadmium (Cd)-deeltjes die rood licht uitstralen, terwijl pogingen om vergelijkbare blauwlicht-emitterende lasers te introduceren schaarser waren.

Onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben onlangs een nieuwe blauwe lasertechnologie gerealiseerd die gebruik maakt van CQD’s. Hun voorgestelde laserontwerp, uiteengezet in een papiertje in Natuur Nanotechnologieis gebaseerd op kwantumdots die zinkselenide (ZnSe) en zinksulfide (ZnS) combineren in een kern-schilstructuur.

“CQD’s zijn in de oplossing gekweekte materialen met een sterke, afstembare emissie die het hele zichtbare spectrum bestrijkt, maar de ontwikkeling van QD-lasers is grotendeels afhankelijk geweest van Cd-bevattende roodemitterende QD’s, terwijl technologisch haalbare blauwe QD-lasers buiten bereik blijven”, schreef Xuyang. Lin, Yang Yang en hun collega’s in hun krant.

“We rapporteren over de realisatie van afstembare en robuuste laserwerking met behulp van blauw-emitterende ZnSe-ZnS core-shell QD’s met een lage toxiciteit die compact van formaat zijn en toch onderdrukte Auger-recombinatie en een lange levensduur van de optische versterking van bijna 1 ns hebben.”

De ZnSe-ZnS-kwantumstippen die door dit team van onderzoekers worden gebruikt, zijn zeer compact en hebben een lange levensduur met optische versterking. De onderzoekers maakten gebruik van de gunstige eigenschappen van deze kwantumdots en gebruikten ze als laserkleurstoffen, dit zijn verbindingen die doorgaans worden opgelost in vloeibare oplosmiddelen om kleurstoffen te produceren die het door lasers uitgezonden licht versterken.

Met behulp van deze methode realiseerden Lin, Yang en hun collega’s de versterkte spontane emissie (ASE) van blauw licht uit de kwantumdots. Een bijkomend voordeel van hun op CQD gebaseerde laser is dat deze een lage toxiciteit vertoont vergeleken met eerder geïntroduceerde lasers die gebruik maken van Cd- en cadmiumselenide (CdSe)-kwantumdots.

“De blauwe QD-laser wordt bediend onder quasi-continue golfexcitatie door nanosecondelasers in vaste toestand”, schreven Lin, Yang en hun collega’s.

“Een holte met Littrow-configuratie maakt smalle lijnbreedte (<0,2 nm), golflengte-afstembare, coherente en stabiele laseruitvoer mogelijk zonder de oplossing te laten circuleren. Deze resultaten duiden op de belofte van ZnSe-ZnS QD's om de 'blauwe kloof' van QD-lasers te vullen en om minder stabiele blauwe laserkleurstoffen te vervangen voor een groot aantal toepassingen."

Over het geheel genomen benadrukken de resultaten van dit recente onderzoek het potentieel van kwantumdots op basis van ZnSe en ZnS voor de ontwikkeling van blauwlicht-emitterende lasertechnologieën met lage toxiciteit. In de toekomst zouden de methoden die door Lin, Yang en hun collega’s worden gebruikt als inspiratie kunnen dienen voor andere teams die lasernanotechnologieën ontwikkelen, en mogelijk ook de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van op vloeibare CQD’s gebaseerde lasers die ultraviolet (UV) licht uitstralen.