可用于加快光交换的超快调谐纳米粒子阵列激光器

2018-05-17 10:01

据外媒报道，科学家们通过将有机染料与金属纳米结构（金纳米颗粒）结合，以快速激光脉冲来展示超快激光技术。这种超快调谐速度可用于传感器和光切换器。

该有机染料纳米粒子阵列激光器显示出了超过100GHz的调制带宽。研究人员表明，激光调谐速度可以通过阵列参数进行调整。

为了展开此次实验，来自芬兰阿尔托大学的研究团队将金纳米颗粒放在玻璃上，并将样品浸入有机发光材料中。这些纳米粒子以正方形方式排列，彼此距离非常近。研究人员表示，纳米颗粒的排列（阵列）改善了纳米激光器的方向性。位于金纳米粒子周围的电场，会形成高场强能加快有机染料中的分子运动。电磁场和导电金纳米颗粒相互作用并与有机染料相互作用，产生定向激光脉冲，其脉冲宽度为万亿分之一秒（皮秒）。随后会在染料蓝色侧观察到等离子体激射模式的加速动态。激光被金纳米颗粒挤压成亚波长尺寸，然后从表面晶格共振模式中以皮秒速度、集中激光脉冲形式逃逸。

该纳米粒子阵列激光器产生的脉冲非常快，通过传统的电子摄像机无法捕捉到它的动态。研究人员使用另一台激光器作为“相机”，拍摄非常快速的小型激光图像，这是一种称为泵浦探测光谱学的方法。

由于速度非常快，测量脉冲的属性是一个重大挑战。

Paivi Torma表示：“我们此次实现的关键成果是成功地通过实验证明了激光脉冲的超快特性。激光发射发生在金属中的光线与电子的运动混合光学模式下，这些模式被称为表面晶格共振。”这种激光脉冲可用于提高光通信的速度以及改善使用光处理信息的设备（例如照相机和晶体管）的性能。全球各地的实验室都创建出了非常小的纳米激光器。但据研究人员介绍，这些纳米激光器的超快潜力，经过阿尔托大学团队的实验结果才得到证实。

研究员Konstantinos Daskalakis表示：“我们想要了解可以打开和关闭激光装置的最快速度。快速生成激光脉冲在信息处理中非常有用，同时还可以提高一些光电设备的响应速度。”

该研究结果已经在《Nano Letters》上发表。