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同轴纳米激光器实现无阈值运转

导读: 研究人员已经开发出了可在室温下运转的、工作在电信波段的最小连续光激光器,并且这些激光器不存在激光阈值。

  研究人员已经开发出了可在室温下运转的、工作在电信波段的最小连续光激光器,并且这些激光器不存在激光阈值。这一研究结果对于片上(on-chip)光通信具有重要意义,如果能将其集成到硅兼容平台,那么该结果对于整个通信行业都具有更为深远的影响。

  美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的研究人员,已经着手开发接近"终极纳米激光器"--这是一种可尺寸可扩展、低阈值、高效、室温运转的纳米尺度级激光器。研究人员表示,目前最好的纳米激光器的主要缺陷在于阈值。

  加州大学圣地亚哥分校的Mercedeh Khajavikhan表示:"对于亚波长谐振腔而言,其损耗主要来自金属损耗,而像散射(在更小的激光器中由于更高的表体比,散射会更高)等其他损耗并不起主导作用。因此,要超过激光阈值则需要极高的泵浦功率。由于金属损耗高,以前大多数纳米激光器的设计,均采用类似于常规纳米亚波长激光器的设计以获得空间光受限,这样可以避免光场聚集到金属附近。我们的目标是获得一种尺寸可调的微型化激光器结构。"

  Khajavikhan解释说,加州大学圣地亚哥分校的研究小组采取不同于以往的小型激光器设计方法,而是采用了一种纳米尺度的同轴型谐振腔。电气工程师们对该结构非常熟悉,并且其在微波领域广泛用于传输线。同轴谐振腔之所以适用于纳米激光器,是因为不管尺寸多小,该结构仅支持单个电磁横模。因此Khajavikhan称"它们是极小尺寸亚波长激光器的理想选择"。

  该研究小组制作了大量100nm和175nm的激光谐振腔,每个谐振腔都有一个中心金属棒,金属棒周围依次环绕空气、铟镓砷磷和硅。整个谐振腔封装在银/铝合金内。空气和硅"填塞物"用于增强模受限。该激光器采用商用的1064nm激光器进行光学泵浦。

同轴纳米激光器的结构示意图(a)以及模场分布(b和d)。(c)图显示了该纳米激光器的扫描电子显微图像。

图为 同轴纳米激光器的结构示意图(a)以及模场分布(b和d)

(c)图显示了该纳米激光器的扫描电子显微图像。

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