《基於金屬磁共振的超小體積納米雷射器理論及實驗研究》是依託南京大學，由朱志宏擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於金屬磁共振的超小體積納米雷射器理論及實驗研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱志宏
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微腔雷射器由於體積小、閾值低一直是集成光學的一個主要研發方向，它對提高光集成密度、降低能耗具有重要意義。由於受衍射極限的限制，傳統介質雷射器的尺寸最小只能到波長量級。因此，要研製能夠克服衍射極限具有超小體積納米雷射器，就必須在理論和實驗研究上另闢蹊徑。本項目擬將金屬材料引入雷射器的設計,提出基於新異材料(Metamaterial)基礎單元(磁共振結構)的超小體積（亞波長）納米雷射器原理；通過結構最佳化，設計出關鍵參數（如Purcell因子）可以實現光激射的微腔結構；實驗上選擇摻鉺材料作為工作物質，用微加工方法製作出最佳化設計得到的結構，並採用共振抽運方式，用微區光譜系統測量其在通訊波長1.550微米的激射特性。這種金屬磁共振雷射器不僅具有克服衍射極限的超小體積，還具有容易散熱和焊接電極等優點，因而在納米雷射光源及微納集成光學領域有著廣闊套用前景。
結題摘要
本項目在國際上首次將金屬等離激元引入到雷射器領域，創新性地提出了基於金屬等離激元的超小體積（亞波長）光抽運納米雷射器，設計了相應的微腔結構，研究了其閾值條件，並製備了樣品測量了其激射光譜。取得的具體相關研究成果如下： （1）提出了用三明治金屬納米結構的高階等離激元共振模抽運低階共振模的雷射器設計思想，並用速率方程理論給出了雷射器的閾值條件（閾值光抽運功率為20微瓦）。實驗上製作了雷射器樣品，並測量了其激射譜線。 （2）提出了用正交耦合納米開槽孔磁共振結構的反對稱模抽運對稱模的雙磁共振雷射原理，並設計了相應的雷射器結構，得到了其閾值條件（閾值抽運功率為20微瓦）和斜率效率（40%）。 （3）研究了在光抽運功率低於閾值功率情況下光信號的放大效應，結果表明此放大效應能有效地彌補金屬結構的本徵損耗，實現信號的無損傳輸。 （4）研究了金屬納米雷射器輸出雷射的偏振控制方法，提出了基於普通反射與局域等離激元共振反射疊加控制雷射偏振的物理思想。 （5）研究了金屬納米雷射器輸出雷射的單向傳輸方法，提出了成45度級聯等離激元亞波長金屬光柵和介質亞波長光柵實現雷射單向傳輸的物理思想。 （6）提出了一種基於金屬局域等離激元和介質結構結合的新型微腔， 它利用金屬局域等離激元抑制輻射損耗，利用介質結構抑制金屬的本徵損耗，所以這種微腔既有高的品質因子，也有超小的模體積。此新型微腔結構的提出為我們下一步研究性能更高的納米雷射器打下了基礎。 總之，本青年自然科學基金項目理論上系統地研究了基於金屬等離激元共振結構的光抽運超小體積納米雷射器原理和激射條件，並在實驗上實現了激射；同時，也研究了輸出雷射的偏振控制和單向傳輸等關鍵問題； 共發表SCI學術論文12篇，其中Optics letters 6篇，Applied physics letters 3篇；申請並獲授權國家發明專利1項。令人遺憾的是，本項目只研究了光抽運的納米雷射器，然而電激勵的納米雷射器卻更有實際意義。我們期待下一年能得到自然科學基金面上項目的資助，完成更具挑戰性的電激勵金屬等離激元納米雷射器的研究工作。
