Un grupo de científicos ha creado el láser más pequeño jamás inventado capaz de funcionar a temperatura ambiente. El dispositivo mide menos de un micrón cúbico--menos que la longitud de onda de la luz que emite. Es el primer láser de sub longitud de onda que no requiere refrigeración criogénica.

Yeshaiahu Fainman, director del grupo de óptica ultrarrápida y de escala nano de la Universidad de California, con sede en Diego, quien dirigió la obra, afirma que tiene que ser posible juntar varios microláseres juntos sin interferencias entre los diferentes dispositivos. Esto allana el camino para, entre otras cosas, dispositivos de comunicación ópticos más rápidos que utilicen los láseres sub longitud de onda en matrices densas.

Los investigadores modificaron lo que se conoce como un láser microdisco. En este tipo de láser, un disco microscópico que contienen diversos materiales es ópticamente bombeado por un láser más grande. Esto estimula su núcleo de semiconductores para emitir luz, que rebota alrededor de los bordes del disco antes de ser liberada. Añadiendo metal a este disco se puede impedir que el láser se comporte de una manera que pudiera interferir con otros dispositivos en las proximidades. Sin embargo, esto reduce la eficacia del láser, y hasta ahora la única manera de contrarrestar esta pérdida de rendimiento ha sido enfriarlo criogénicamente a unos 77 grados Kelvin (-196 grados Celsius) con nitrógeno líquido, lo cual está lejos de ser práctico.

Fainman, junto con el postdoc Nezhad Maziar y otros compañeros del UCSD, encontraron una manera más sencilla de mejorar la eficiencia de su láser, y eliminar la necesidad de enfriamiento. Añadieron una capa de sílice, seguida de una capa de aluminio alrededor de una cavidad láser constituida por arseniuro fosfuro de indio y galio. La capa metálica exterior actúa como un escudo, aislando el láser de otros dispositivos, y actúa como un disipador de calor altamente eficiente. La capa de sílice impide que el metal reduzca la eficacia total del láser.

Se eligió el aluminio porque sus propiedades ópticas lo hacen muy reflexivo. No obstante, la clave para hacerlo funcionar reside en controlar con precisión el espesor de la capa de sílice que separa el metal del núcleo de semiconductores, señala Fainman. Si la capa es muy delgada, el escudo de metal también interactuará fuertemente con el campo óptico, dando como resultado grandes pérdidas.

"Este es un trabajo muy emocionante e introduce importantes avances en el nuevo campo de los nanoláseres", afirma Naomi Halas, Profesora Stanley C. Moore de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad Rice y directora del Laboratorio de Nanofotónica de la Universidad. "El hacer uso de capas metálicas y geometrías de diseño inteligente ha permitido a este grupo comenzar a construir mejoras en estas estructuras que ampliará cómo se utilizan estos dispositivos en los sistemas de comunicaciones".

En un artículo publicado en la revista Nature Photonics, el grupo de la UCSD muestra que su láser puede producir emisiones a temperatura ambiente de una longitud de onda de 1,43 micras. El grupo ha recibido financiación de la National Science Foundation, así como del programa del DARPA Arquitecturas a escala nano para fuentes hiperópticas coherentes.

En teoría, la eficacia del láser podría ser mejorada aún más mediante el uso de otros metales que tienen propiedades ópticas aún más favorables, como la plata o el oro, señala Fainman.

Un reto mayor es encontrar una manera para que los rayos láser se integren plenamente en dispositivos optoelectrónicos, mediante la sustitución de la compleja bomba óptica por una de eléctrica. "Un sistema eléctrico de bombeo sería más deseable, porque es mucho más eficiente", afirma Richard De La Rue, profesor de optoelectrónica de la Universidad de Glasgow, en el Reino Unido.

Además de en comunicaciones de alta velocidad, los láseres de sub longitud de onda podrían encontrar aplicaciones en imagen biomédica y en microscopia óptica de campo cercano, afirma Fainman. En este último caso, existen dificultades en la mecánica de barrido láser sobre una superficie, señala éste, "así que el objetivo sería fabricar una gran variedad de fuentes de luz que serían escaneadas eléctricamente en vez de por medios mecánicos."

Halas señala que el trabajo es también importante a nivel científico. “Explotan un régimen donde el diseño de la cavidad puede alterar las propiedades del medio de ganancia, lo cual en realidad introduce una nueva forma de pensar sobre los láseres," afirma ella.