用纳米线激光器产生扩展的波长

中国和澳大利亚的研究人员提出，纳米线激光器的工作波长可以通过自变频来扩展

 

纳米线激光器已在多种材料中得到证实，如III-V和II-VI 以及钙钛矿。在纳米线中引入量子阱和量子点可以进一步降低激光阈值，提高纳米线激光器的温度稳定性。

 

不幸的是，纳米线激光器仍有一些难以达到的波长。虽然通过控制合金成分，理论上可以在很大范围内移动半导体纳米线的发射峰，但纳米线的生长仍面临许多与材料相关的挑战。例如，由于高铟含量量子阱中的高密度位错，绿色InGaN纳米线激光器仍未实现。

 

在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，中国科学家与澳大利亚研究人员合作，提出可以利用纳米线晶体的二阶非线性效应来扩展纳米线激光器的工作波长。然而，与使用外部非线性晶体的传统解决方案不同，拟议的解决方案利用了III-V纳米线本身的高度非线性和激光腔内的强局部化光场来实现频率转换（如上图1所示）。二阶非线性光学过程可以有效地自实现。注意，由于纳米线激光器的输出功率较低，因此使用纳米线激光器作为源来泵浦另一个非线性晶体以实现频率转换是不切实际的。

 

该团队包括来自光场操纵和信息获取重点实验室的Xuetao Gan和Jianlin Zhao领导的研究小组，以及中国西北工业大学物理科学与技术学院陕西光学信息技术重点实验室及其澳大利亚国立大学物理研究院变革性超光学系统ARC卓越中心的合作者（Canberra, ACT, 2601, Australia）。

 

在他们的实验中，采用选择性区域外延（SAE）方法生长了高质量的GaAs/In0.16Ga0.84As核/壳纳米线，并将其转移到SiO2/Si衬底上。两个平端面用作两个平行的反射镜，形成一个法布里-珀罗腔作为激光器的光学腔。从1016 nm处具有单一激光模式的纳米线中，还获得了508 nm处的强可见激光峰值。通过数值模拟分析远场偏振依赖性和强度依赖性，证实508 nm的可见激光模式是通过倍频基本激光模式（SHG）产生的，即自变频过程。

 

除了SHG外，III-V纳米线的二阶非线性效应还支持其他三波混频过程，这也可以用来扩展纳米线激光器的输出波长。实验中，在直径较大的纳米线中实现了近红外多模激光，并在可见光波段获得了多个激光峰值。

 

作者认为，通过利用纳米线的二阶非线性效应，所提出的自变频纳米线激光器为扩展这些激光器的工作波长提供了一条新途径，可能应用于从深紫外到太赫兹的大波长范围内的光学参量发生器、放大器和振荡器。

 

参考文献

'Self-frequency-conversion nanowire lasers' by Yi, R., Zhang, X., Li, C. et al.. Light Sci Appl 11, 120 (2022).

 

声明：本篇文章属于原创，拒绝转载，如果需要转载，请联系我们，联系电话：0755-25988571。