亞波長雷射器研究

《亞波長雷射器研究》是依託華南師範大學，由張淵擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：亞波長雷射器研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張淵
• 依託單位：華南師範大學

項目摘要

亞波長雷射器作為微小光源，在光集成晶片、生物檢測等領域有著重要的意義。由於傳統雷射器的諧振腔受到衍射極限的限制無法做到很小，直接導致雷射模斑和整個雷射器尺寸很大（至少在數個工作波長量級），因此當光集成晶片的集成度越來越高時，如何得到更小尺寸的雷射模斑和雷射器件就成為了提高集成度的關鍵問題之一。在本項目中，我們將對尺寸突破衍射極限限制（小於半個工作波長）的雷射模斑和雷射器從理論基礎、模擬方法以及實驗製備等方面展開系統的研究。通過特殊的結構設計，探索深亞波長雷射模斑的實現方法，研究突破衍射極限的新型諧振腔以達到實現亞波長雷射器的目的。通過採用高/低折射率材料複合（Hybrid）的設計方法實現損耗更小、閾值更低的表面電漿亞波長雷射器。在理論研究的指導下，我們在本項目中將著重進行亞波長雷射器的實驗製備研究，同時研究它與亞波長光波導等光傳輸器件的高效耦合方法。

結題摘要

本報告主要對該項目在亞波長雷射器（納米雷射器）這一當前國內外熱點研究領域中開展的相關研究工作做一階段性總結。亞波長雷射器是近年來物理學、材料學、生物醫學等多學科交叉的研究熱點。本項目研究內容以金屬表面電漿效應所產生的空間電磁場模式約束為出發點，對如何在此基礎上實現亞波長雷射器進行了理論和實驗研究。首先，我們提出了一種製備於金屬基底表面的光學納米天線結構，該結構同時存在兩個不同頻率的諧振模式，並且兩個模式的熱點位置重合，因此，一個模式可以用來作為雷射諧振腔，而另一個可以作為泵浦光的耦合模式以提高泵浦效率。其次，我們研究了一種可用於亞波長雷射器的V型槽同軸諧振腔，該結構兩個側壁之間距離非常小（50納米以內）可以產生很強的電磁耦合效應，因此可以對其中的電磁場形成良好的限制作用，且隨著V型槽深度的增加其諧振波長隨之增加。該結構在我們感興趣的波段範圍記憶體在0階和1階諧振模式，其中1階模式可以被用來提高泵浦耦合效率，而0階模式可以用來形成亞波長光學諧振腔。我們利用電子束刻蝕、聚焦離子束刻蝕等微納加工手段對上述兩種設計方案進行了樣品加工，樣品反射譜測試結果與理論設計一致。我們使用染料分子、量子點等作為增益介質對設計的結構進行了激發。由於亞波長雷射器對加工及後續測試條件要求較高，我們經大量實驗努力和嘗試還未能獲得理想的激髮結果。經過認真分析總結，以及爭取到更多的經費支持，目前已重新搭建了一套新的測試平台，預計在不久的將來可以獲得更為滿意的成果。