Інженери з Тайваню, США і Китаю випробували простий у виготовленні плазмонний нанолазер

Кращим з усіх матеріалів, придатних для створення плазмонных резонаторів в оптичній і ближній інфрачервоній областях, вважається срібло. Реалізувати його потенціал заважало те, що експериментатори працювали з зернистими поликристаллическими срібними плівками. Шорсткість поверхні і присутність межзеренных кордонів приводили до розсіяння поверхневих плазмон-поляритонів, що робило поріг лазерної генерації невиправдано високим.

Поступово зменшуючи розміри звичайних напівпровідникових лазерів з діелектричними оптичними резонаторами, вчені дійшли до фундаментального дифракційного межі ~(λ/2n)3, де n — показник заломлення. Подолати це обмеження дозволяють лазери, що використовують явище збудження поверхневих плазмон-поляритонів — електромагнітних хвиль, які виникають на межі розділу між діелектриком і металом. Швидкість плазмонных хвиль помітно поступається швидкості світла, внаслідок чого зменшується (порівняно з електромагнітним випромінюванням тієї ж частоти) і довжина хвилі. За рахунок цього коливання оптичної на частоті «вміщуються» в мініатюрному субдифракционном плазмонном резонаторі.

Кращим з усіх матеріалів, придатних для створення плазмонных резонаторів в оптичній і ближній інфрачервоній областях, вважається срібло. Реалізувати його потенціал заважало те, що експериментатори працювали з зернистими поликристаллическими срібними плівками. Шорсткість поверхні і присутність межзеренных кордонів приводили до розсіяння поверхневих плазмон-поляритонів, що робило поріг лазерної генерації невиправдано високим.

Схема пристрою (ілюстрація з журналу Science).

Автори розробки постаралися виправити цей недолік, синтезувавши срібну плівку з відносно нескладною двохетапної методики. На першому етапі осадження температуру підтримували на рівні 90 До, і срібло утворювало нанокластери, які потім «згладжуються» під час відпалу в кімнатних умовах. Підсумковий зразок, як показали дослідження, мав атомарно рівну поверхню.

Другим елементом конструкції лазера став наностержень нітриду галію GaN завдовжки 480 нм, частина внутрішнього об’єму якого була заповнена нітридом індія-галію InGaN, зіграв роль активного середовища. Стрижень мав чітко окреслені межі, і між ним і плівкою створювався резонатор з малими втратами.

Вид плазмонного випромінювання лазера при різних температурах (ілюстрація з журналу Science).

Під час випробувань лазер продемонстрував можливість роботи в безперервному режимі з низьким порогом генерації (100 нВт для одного стрижня при температурі 78 К). Реєструючи параметри вихідного випромінювання при накачуванні на довжині хвилі 405 нм, вчені відзначили два піки лазерної генерації на 510 і 522 нм. В аналогічному експерименті зі стрижнем з InGaN-GaN і полікристалічної срібною плівкою генерація не фіксувалася навіть після зниження температури До 8 к, що підкреслює важливість вирівнювання поверхонь.

Подібні плазмонні пристрою, як розраховують інженери, дозволять згладити різницю в розмірах між електронними і фотонними компонентами. Іншими словами, новий лазер, повне опис якого опубліковано в останньому номері журналу Science, розглядається як елемент майбутніх оптичних інтегральних мікросхем.

Підготовлено за матеріалами LaserFocusWorld.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *