美国科学家研制出史上最小的半导体激光器

美国科学家研制出史上最小的半导体激光器：

      美国科学家日前宣称制作出史上最小的半导体激光器。这个纳米级组件产生的光束直径只有5 nm，较一般激光器小了100倍。这一创举有助多项应用的发展，诸如以光而非电来处理信息的光脑(optical computer)、生物传感器与纳米光路等。

　　由于衍射的缘故，光通常无法聚焦到小于半波长的范围内。然而，近年来科学家将光与金属表面集体振荡的电子耦合，形成表面等离子体激元(surface plasmon polariton, SPP)，成功将光点压缩到纳米尺度。先前利用SPP制作纳米等离子子激光器失败的原因，在于金属本身的电阻会吸收SPP，使SPP几乎一产生就立刻被吸收，且越靠近金属表面情况越糟。

　　为了克服此问题，加州大学柏克莱分校的Xiang Zhang等人建构一个由5 nm厚绝缘体隔开硫化镉(cadmium sulphide)半导体纳米线与银表面的混合组件，称为混合型等离子波导(hybrid plasmonic waveguide)，它能将光聚集到比绕射极限小100倍的区域内。由于波导为非金属，SPP可以存活较久长，研究人员再透过照光将SPP放大。

　　该团队的Rupert Oulton表示，以纳米线做为纳米级光束的放大器，是将纳米级光科学转变成科技的重要里程碑。更令人振奋的是它是在半导体材料上展示，因此与现行电子组件工程技术完全兼容。

　　此研究最吸引人的是纳米级光源的应用。由于光与物质间的相互作用被强化了，即使非常微弱的效应也能被检测到，因此可用来进行极灵敏的生医检测(biodetection)。而等离子激光器的高效率使其能像传统激光器一样运作，极小的光源可提升光通讯的速度，微小的体积则有利于将数千个微小光发射器整合到单一芯片上，使光处理不再遥不可及。

　　为了实用起见，柏克莱团队计划利用电流而非光来激发激光器。与此组件同属纳米激光器的还有稍早由由普度(Purdue)、康乃尔及诺福克州立(Norfolk State)大学共同研发的"spaser"，他们是将染料耦合到直径44 nm的金球并浸泡在溶液中，当球体照光时便会产生表面等离子子。有趣的是，这两个纳米激光器研究几乎是在激光器发明五十周年的前夕同时发表。详见Nature DOI:10.1038/nature08364。

　　关于：表面等离子体激元
　　纳米集成光子学的核心关键技术之一在于新型高效纳米光耦合器、纳米光波导等纳米光子器件的设计与制备。表面等离子体激元(SPPs)是由外部电磁场与金属表面自由电子相互作用形成的一种相干共振,除具有巨大的局部场增强效应外，还具有将激发电磁场能量限制在纳米尺度范围的特点。基于SPPs的各种纳米光子器件被誉为当今最有希望的纳米全光集成回路的基础，成为目前国际上的一个研究热点。

本文章来源于：激光打标机资讯