Вести Науки: последние открытия, тенденции и мифы в области науки и техники.

Изготовлен миниатюрный плазмонный лазер

  • Автор  Антонина Кузьмина

Инженеры из Тайваня, США и Китая испытали простой в изготовлении плазмонный нанолазер.

Постепенно уменьшая размеры обычных полупроводниковых лазеров с диэлектрическими оптическими резонаторами, учёные дошли до фундаментального дифракционного предела ~(λ/2n)3, где n — показатель преломления. Преодолеть это ограничение позволяют лазеры, использующие явление возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов — электромагнитных волн, которые возникают на границе раздела между диэлектриком и металлом. Скорость плазмонных волн существенно уступает скорости света, вследствие чего уменьшается (по сравнению с электромагнитным излучением той же частоты) и длина волны. За счёт этого колебания на оптической частоте «умещаются» в миниатюрном субдифракционном плазмонном резонаторе.

Лучшим из всех материалов, подходящих для создания плазмонных резонаторов в оптической и ближней инфракрасной областях, считается серебро. Реализовать его потенциал мешало то, что экспериментаторы работали с зернистыми поликристаллическими серебряными плёнками. Шероховатость поверхности и присутствие межзёренных границ приводили к рассеянию поверхностных плазмон-поляритонов, что делало порог лазерной генерации неоправданно высоким.

Изготовлен миниатюрный плазмонный лазер
Схема устройства (иллюстрация из журнала Science).

Авторы постарались исправить этот недостаток, синтезировав серебряную плёнку по относительно несложной двухэтапной методике. На первом этапе осаждения температуру поддерживали на уровне 90 К, и серебро образовывало нанокластеры, которые затем «сглаживались» во время отжига в комнатных условиях. Итоговый образец, как показали исследования, имел атомарно ровную поверхность.

Вторым элементом конструкции лазера стал наностержень из нитрида галлия GaN длиной в 480 нм, часть внутреннего объёма которого была заполнена нитридом индия-галлия InGaN, сыгравшим роль активной среды. Стержень имел чётко очерченные грани, и между ним и плёнкой создавался резонатор с малыми потерями.

Изготовлен миниатюрный плазмонный лазер
Вид излучения плазмонного лазера при разных температурах (иллюстрация из журнала Science).

Во время испытаний лазер продемонстрировал возможность работы в непрерывном режиме с низким порогом генерации (100 нВт для одного стержня при температуре в 78 К). Регистрируя параметры выходного излучения при накачке на длине волны в 405 нм, учёные отметили два пика лазерной генерации на 510 и 522 нм. В аналогичном эксперименте со стержнем из InGaN-GaN и поликристаллической серебряной плёнкой генерация не была зафиксирована даже после снижения температуры до 8 К, что подчёркивает важность выравнивания поверхностей.

Подобные плазмонные устройства, как рассчитывают инженеры, позволят сгладить разницу в размерах между электронными и фотонными компонентами. Другими словами, новый лазер, полное описание которого опубликовано в последнем номере журнала Science, рассматривается как элемент будущих оптических интегральных микросхем.

Подготовлено по материалам LaserFocusWorld.

Источник




Главной целью проекта является распространение научных знаний в современной и доступной форме. Наша команда опытных журналистов стремится к популяризации научного подхода к окружающей действительности и предлагает Вам ознакомиться с последними открытиями, тенденциями и мифами в области астрономии, биологии, медицины, физики, психологии и прикладных наук. Все права на материалы, находящиеся на сайте "Вести Науки", охраняются в соответствии с законодательством РФ, в том числе, об авторском праве и смежных правах. При любом использовании материалов сайта, гиперссылка (hyperlink) на VestiNauki.ru обязательна. ©VestiNauki.ru 2011-13

Top Desktop version