在暗模式下产生激光的等离子体纳米激光器

芬兰阿尔托大学的研究人员,首次开发出了等离子体纳米激光器,其可工作在可见光的频率并可使用所谓的暗格模式。

这种激光器的激光工作波长比人类头发的厚度还要小1000倍。在这样的小尺寸上的光捕获的寿命是如此之短,光在这个时间内仅有几十或几百次的上下回旋。这一研究打开了具有相干光源的芯片研究的新的前景,如小型化和超快激光器的应用。

在这项工作中的激光操作是基于银纳米粒子,粒子被放置在一个周期阵列中。与传统的激光信号的反馈是通过普通的镜子的激光器相比,这种纳米激光器利用银纳米粒子之间的辐射耦合。这100个纳米尺寸的粒子作为微小的天线。生产高强度激光,粒子间的距离与波长匹配,所有的粒子阵列的辐射一致。有机荧光分子被用来提供所需的激光的输入能量(增益)。

实现这种激光器的一个主要挑战是,对于增益来说,在这样小的尺寸下,光可能不能存在足够长的时间。研究人员发现了一个解决这个潜在问题的方法:他们在暗模式下产生激光。

“暗模式可以考虑常规天线进行直观地理解:单天线,当施加驱动电流时,辐射会很强烈,而如果施加相反的电流驱动,而且放置的 位置非常接近对方时,两根天线的辐射就会很小”该学院的教授P?IVI T?RM?解释说。“纳米粒子阵列中的暗模式在每个纳米颗粒中产生类似的相反相位电流,但现在可实现可见光的频率”,她继续。

“黑暗模式是有吸引力的,对于这种应用所需要的功耗低。但不加上任何技巧,黑暗模式激光会是无用的,因为光是困在纳米颗粒阵列中而不能离开的”,该项研究的科学家Tommi Hakala补充说。“但是,利用阵列的小尺寸,我们发现了一个光的引导路径。指向阵列的边缘,纳米粒子的行为开始变得越来越像普通的天线,会辐射到外部世界中”,博士生Heikki Rekola说道。

研究小组利用纳米加工设施和国家Otanano研究中心的洁净室设备进行该项研究。并且研究结果已发表在《自然通讯》杂志上。

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