Only Perception: 科學家以單根奈米線做出單模雷射

2011-03-10

科學家以單根奈米線做出單模雷射

Scientists make single-mode laser out of a single nanowire
http://www.physorg.com/news/2011-02-scientists-single-mode-laser-nanowire.html

By Lisa Zyga, February 28, 2011

(PhysOrg.com) -- 雖然雷射有各種款式，不過最新的雷射設計格外令人著迷，因為那僅用單條奈米線製成。由於它的小尺寸與簡易性，單根奈米線雷射（single-nanowire laser）在光學通訊、感應以及訊號處理中能成為奈米級同調光源。

來自中國浙江大學與北京大學的研究者 Yao Xiao（音譯：蕭遙）等人，已將他們的單根奈米線雷射研究發表在最近一期的 Nano Letters 上。雖然那並非做出單根奈米線雷射的首例，不過它具有某些優勢，因為其運作是可控制的單模（single-mode）。

"先前，單根奈米線雷射幾乎都以多模方式運作，" 共同作者，杭州大學的童利民（Limin Tong）表示。"在我們研究中所報告的單根奈米線雷射是單模，在實際應用中受到矚目。"

在此，雷射的波長約 738 nm（可見光譜的上限）。用來製造雷射的奈米直徑為 200 nm，長度則介於 50 與 75 μm 之間。研究者緊盯著顯微鏡下的奈米線以不同方式彎曲它，並以光纖探針（fiber probes）折疊奈米線。例如，他們折疊奈米線之後，他們在二端或是其中一端獲得環圈（loops，見原站附圖）。

為使奈米線成為單模雷射，研究者以脈衝雷射刺激成圈的奈米線。如他們的解釋，那時往返增益（round-trip gain，那因像反射這樣的回饋而持續），能補償來回損失，導致雷射光產生。研究者在單模奈米線中觀察到雷射光產生，那時奈米線二端都出現明亮光點。他們發現，對於被折疊成環圈的奈米線來說，環圈猶如環形鏡（loop mirrors），那不僅提供奈米線已耦合的共振腔以利模選擇，也增加奈米線的反射率並減少產生雷射的閾值。總之，高反射率與低閾值在奈米線中創造出高品質的雷射共振腔。

此外，改變換環圈的尺寸允許研究者調整雷射波長。研究者利用光纖探針能輕易改變環圈的大小。他們發現，其中一個環圈的尺寸減小時，由於雷射共振腔的光徑縮短而改變了波長。

科學家希望單根奈米線雷射（那具有高模態品質以及低雷射產生閾值）能為奈米線雷射的實際應用帶來新契機。此外，這項研究提供一種新的設計技術，能使用其他種類的奈米結構製造低閾值、單模的雷射。

"身為一種同調光源，這種奈米線雷射不僅呈現出微型化的足跡（一如許多其他奈米線雷射），也提供單模雷射輸出（那在絕大多數其他種類的奈米線中難以實現，但實際應用十分渴求。），" Tong 表示。"因此，用於光學資料處理與光感應的奈米級整合光電基體電路上，這種雷射也許有很大的潛力。"

※ 相關報導：

＊ Single-Nanowire Single-Mode Laser
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl1040308

Yao Xiao, Chao Meng, Pan Wang, Yu Ye, Huakang Yu,
Shanshan Wang, Fuxing Gu, Lun Dai, and Limin Tong
Nano Lett., 2011, 11 (3), pp 1122–1126
Publication Date (Web): February 15, 2011
doi: 10.1021/nl1040308