表面等离激元半导体纳米激光器

发布时间：2021-10-12 07:40

　　激光技术的发展推动了现代科学与技术的进步,改变了人类的生活。其中微型化激光光源成为目前的研究热点之一。得益于金属等离激元的光场强局域化作用,等离激元纳米激光器不仅能够获得突破光学衍射极限的超小物理尺寸,而且可以实现大调制速度以及极小的激射阈值,从而受到广泛的关注。对国内外等离激元纳米激光器的近期进展进行了综述,从增益介质、金属种类和器件结构三个方面进行对比总结,最后对等离激元纳米激光器的未来发展潜力进行讨论和展望。 

【文章来源】：中国激光. 2020,47(07)北大核心EICSCD

【文章页数】：17 页

【部分图文】：

多种等离激元激光器的结构示意图[15,29,32-34]。 (a)三维限制的有机荧光分子包裹金颗粒的核壳结构;(b)一维限制的

尽管人们对等离激元纳米激光的物理机制仍然存在争议,但是普遍接受的观点是等离激元耦合作用下的受激辐射与常规光学腔激光器的受激辐射机制不同。常规激光器的受激辐射源自处于激发态的偶极子在外来辐射场的作用下辐射光子。此时,外来辐射的能量必须恰好是两能级的能量差[43-44]。受激辐射发出的光子和外来光子的频率、相位、传播方向以及偏振状态全相同,受激辐射是产生激光的必要条件[45]。基于等离激元的激发机制,人们认为等离激元作用下的激光行为是等离激元与光子耦合形成的,光子借助等离激元微纳光腔得以实现放大受激辐射[46]。目前人们普遍认为在等离激元耦合增强作用下,增益介质中的激子和等离激元形成共振耦合,形成了新的准粒子:等离激元-激子耦合极化子[17,23,47-49]。如图3(a)所示,受到激发的激子与等离激元之间形成了一种非辐射的能量转移通道。换句话说,这种等离激元与激子的耦合行为为激光器提供了第三种复合通道。北京大学马仁敏教授对等离激元纳米激光器进行了实空间、动量空间和频率空间的全维度同时成像,结果表明等离激元纳米激光器与传统激光器相比存在本质的区别,其辐射场可以全部由金属中自由电子振荡形成的表面等离激元形式构成[50],从而在实验上验证了这种超快的能量传输过程。这种新的准粒子具有玻色子特性并逐渐被广泛接受[图3(b)],极化子所形成的相干特性近期在一些VCSEL和等离激元结构中也已经被观察到[51-57]。也有观点认为等离激元激光源自于一种四能级增益介质和等离激元的耦合过程[图3(c)],等离激元共振耦合作用增强了增益介质中的激光能级,使其更容易产生粒子数反转,形成激光[29]。2.1 基于表面等离极化激元的激光器

等离激元纳米激光的特性图。 (a)(b)阈值附近的激射光谱和光输出功率曲线中“S”型转折点[81-82];

【参考文献】：
期刊论文
[1]表面等离子激元纳米激光器综述[J]. 杨琳,段智勇,马刘红,李梦珂.  激光与光电子学进展. 2019(20)
[2]Ag纳米结构局域表面等离激元共振模拟与分析[J]. 赖淑妹,黄志伟,王仰江,陈松岩.  激光与光电子学进展. 2018(12)
[3]表面等离激元的传播操控:从波束调制到近场全息[J]. 李涛,陈绩,祝世宁.  激光与光电子学进展. 2017(05)
[4]表面等离激元研究新进展[J]. 王振林.  物理学进展. 2009(03)



本文编号：3432154