Spaser - Spaser

А спазер или плазмонный лазер это тип лазер который стремится ограничить свет на субволна масштаб намного ниже Рэлея предел дифракции света, сохраняя часть световой энергии в электронных колебаниях, называемых поверхностные плазмонные поляритоны.[1][2][3][4][5] Впервые это явление было описано Бергманом и Штокманом в 2003 году.[6] Слово спазер является аббревиатурой от "поверхностный плазмон усиление стимулированное излучение излучения ».[6] Первые такие устройства были анонсированы в 2009 году тремя группами: 44-нанометр -диаметр наночастицы с золото ядро в окружении окрашенного кремнезем усилить среду, созданную исследователями из университетов Purdue, Norfolk State и Cornell,[7] нанопроволока на серебряном экране группы Беркли,[1] и полупроводниковый слой 90 нм, окруженный серебром, электрически накачиваемый группами из Технологического университета Эйндховена и Университета штата Аризона.[4] В то время как группа Purdue-Norfolk State-Cornell продемонстрировала ограниченный плазмонный режим, команда Berkeley и группа Eindhoven-Arizona продемонстрировали генерацию в так называемом режиме плазмонного промежутка.

Спазер является предлагаемым наноразмер источник оптические поля это исследуется в ряде ведущих лабораторий по всему миру. Спазеры могут найти широкий спектр применения, в том числе наноразмерная литография, изготовление сверхбыстрых фотонный наноцепи, биохимическое зондирование одиночных молекул и микроскопия.

Из Природа Фотоника:[8]

Спазер - это наноплазмонный аналог лазер, но он (в идеале) не излучает фотоны. Он аналогичен обычному лазеру, но в спазере фотоны заменяются поверхностными плазмонами, а резонансная полость заменяется наночастицей, которая поддерживает плазмонные моды. Как и в случае лазера, источником энергии для механизма разряда является активная (усиливающая) среда, возбуждаемая извне. Это поле возбуждения может быть оптическим и не зависеть от рабочей частоты спазера; например, спазер может работать в ближайшем будущем.инфракрасный но возбуждение активной среды может быть достигнуто с помощью ультрафиолетовый Причина того, что поверхностные плазмоны в спазере могут работать аналогично фотонам в лазере, заключается в том, что их соответствующие физические свойства одинаковы. Во-первых, поверхностные плазмоны бозоны: они являются векторными возбуждениями и имеют вращение 1, как и фотоны. Во-вторых, поверхностные плазмоны - это электрически нейтральные возбуждения. В-третьих, поверхностные плазмоны представляют собой наиболее коллективные материальные колебания, известные в природе, что означает, что они являются наиболее гармоничными (то есть очень слабо взаимодействуют друг с другом). Таким образом, поверхностные плазмоны могут подвергаться вынужденному излучению, накапливаясь в одном режиме в большом количестве, что является физической основой как лазера, так и спазера.

Изучение квантово-механической модели спазера позволяет предположить, что возможно изготовление спазера, аналогичного по функциям спазеру. МОП-транзистор транзистор[9] но это еще не подтверждено экспериментально.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Oulton, Rupert F .; Sorger, Volker J .; Зентграф, Томас; и другие. (2009). «Плазмонные лазеры глубокого субволнового диапазона» (PDF). Природа. 461 (7264): 629–632. Bibcode:2009Натура.461..629O. Дои:10.1038 / природа08364. HDL:10044/1/19116. ISSN  0028-0836. PMID  19718019.
  2. ^ Ма, Рен-Мин; Oulton, Rupert F .; Sorger, Volker J .; и другие. (2010). "Плазмонный лазер с субдифракционным ограничением при комнатной температуре путем полного внутреннего отражения". Материалы Природы. 10 (2): 110–113. arXiv:1004.4227. Bibcode:2011НатМа..10..110М. Дои:10.1038 / nmat2919. ISSN  1476-1122. PMID  21170028.
  3. ^ Ногинов, М. А .; Zhu, G .; Белгрейв, А. М .; и другие. (2009). «Демонстрация нанолазера на основе спазера». Природа. 460 (7259): 1110–1112. Bibcode:2009Натура 460.1110Н. Дои:10.1038 / природа08318. ISSN  0028-0836. PMID  19684572.
  4. ^ а б Хилл, Мартин; Марелл, Милан; Леонг, Юнис; и другие. (2009). «Генерация в плазмонных волноводах металл-диэлектрик-металл субволновой длины».. Оптика Экспресс. 17 (13): 11107–11112. Bibcode:2009OExpr..1711107H. Дои:10.1364 / OE.17.011107. PMID  19550510.
  5. ^ Кумар, Паван; Трипати, В.К .; Лю, C.S (2008). «Поверхностный плазмонный лазер». J. Appl. Phys. 104 (3): 033306–033306–4. Bibcode:2008JAP ... 104c3306K. Дои:10.1063/1.2952018.
  6. ^ а б Бергман, Дэвид Дж .; Штокман, Марк I. (2003). "Усиление поверхностного плазмона вынужденным излучением: квантовая генерация когерентных поверхностных плазмонов в наносистемах". Phys. Rev. Lett. 90 (2): 027402. Bibcode:2003ПхРвЛ..90б7402Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.90.027402. PMID  12570577.
  7. ^ Бурзак, Кэтрин (17 августа 2009 г.). "Самый маленький лазер из когда-либо созданных". Обзор технологий MIT.
  8. ^ Штокман, Марк I. (июнь 2008 г.). «Спасеры объяснили». Природа Фотоника. 2 (6): 327–329. Дои:10.1038 / nphoton.2008.85. ISSN  1749-4885.
  9. ^ Штокман, Марк I. (2010). «Спазер как наноразмерный квантовый генератор и сверхбыстрый усилитель». Журнал оптики. 12 (2): 024004. arXiv:0908.3559. Дои:10.1088/2040-8978/12/2/024004. ISSN  2040-8978.

дальнейшее чтение

  • Галанжа, Екатерина I .; Вайнгольд, Роберт; Недосекин, Дмитрий А .; и другие. (2017). «Спазер как биологический зонд». Nature Communications. 8 (1). Дои:10.1038 / ncomms15528. ISSN  2041-1723.