Прогуляйтесь
Спазер дифракционного или плазмонный лазер — это тип лазера , целью которого является удержание света на субволновом уровне, намного ниже Рэлея предела света , путем сохранения части энергии света в электронных колебаниях, называемых поверхностными плазмонными поляритонами . [1] [2] [3] [4] [5] Это явление было впервые описано Дэвидом Дж. Бергманом и Марком Стокманом в 2003 году. [6] Слово спазер является аббревиатурой от « усиление поверхностного плазмона путем стимулированного излучения ». [6] Первые такие устройства были анонсированы в 2009 году тремя группами: наночастица диаметром 44 нанометра с золотым ядром, окруженная окрашенной силикагелевой средой, созданная исследователями из университетов Пердью, Норфолкского государственного и Корнеллского университетов; [7] нанопроволока на киноэкране группы Беркли, [1] и полупроводниковый слой толщиной 90 нм, окруженный серебром, электрически накачиваемый группами из Технологического университета Эйндховена и Университета штата Аризона. [4] В то время как команда Пердью-Норфолк-Корнелл продемонстрировала режим ограниченной плазмоны, команда Беркли и команда штата Эйндховен-Аризона продемонстрировали лазерную генерацию в так называемом режиме плазмонной щели. В 2018 году команда из Северо-Западного университета продемонстрировала перестраиваемый нанолазер, который может сохранять высокое качество моды за счет использования гибридных квадрупольных плазмонов в качестве механизма оптической обратной связи. [8]
Спазер — это предлагаемый наноразмерный источник оптических полей , который исследуется в ряде ведущих лабораторий мира. Спазеры могут найти широкий спектр применений, включая наноразмерную литографию , изготовление сверхбыстрых фотонных наносхем, биохимическое зондирование одиночных молекул и микроскопию. [5]
Из Природной Фотоники : [9]
Спейзер — это наноплазмонный аналог лазера , но он (в идеале) не излучает фотоны . Он аналогичен обычному лазеру, но в спазере фотоны заменены поверхностными плазмонами, а резонансная полость заменена наночастицей, поддерживающей плазмонные моды. Как и в случае с лазером, источником энергии для спасательного механизма является активная (усиливающая) среда, возбуждаемая извне. Это поле возбуждения может быть оптическим и не связанным с рабочей частотой спазера; например, спазер может работать в ближнем инфракрасном диапазоне , но возбуждение усиливающей среды может быть достигнуто с помощью ультрафиолетового импульса.Причина, по которой поверхностные плазмоны в спазере могут работать аналогично фотонам в лазере, заключается в том, что их соответствующие физические свойства одинаковы. Во-первых, поверхностные плазмоны — это бозоны : они являются векторными возбуждениями и имеют спин 1, как и фотоны. Во-вторых, поверхностные плазмоны являются электрически нейтральными возбуждениями. И в-третьих, поверхностные плазмоны — это наиболее коллективные материальные колебания, известные в природе, а это означает, что они наиболее гармоничны (то есть очень слабо взаимодействуют друг с другом). Таким образом, поверхностные плазмоны могут подвергаться вынужденному излучению, накапливаясь в одной моде в больших количествах, что является физической основой как лазера, так и спазера.
Исследование квантово-механической модели спазера предполагает, что возможно изготовить изолирующее устройство, аналогичное по функциям МОП- транзистору. [10] но это еще не подтверждено экспериментально.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Оултон, Руперт Ф.; Зоргер, Волкер Дж.; Зентграф, Томас; и др. (2009). «Плазмонные лазеры в глубоком субволновом масштабе» (PDF) . Природа . 461 (7264): 629–632. Бибкод : 2009Natur.461..629O . дои : 10.1038/nature08364 . hdl : 10044/1/19116 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 19718019 . S2CID 912028 .
- ^ Ма, Рен-Мин; Оултон, Руперт Ф.; Зоргер, Волкер Дж.; и др. (2010). «Плазмонный лазер с субдифракционным ограничением при комнатной температуре и полным внутренним отражением». Природные материалы . 10 (2): 110–113. arXiv : 1004.4227 . Бибкод : 2011NatMa..10..110M . дои : 10.1038/nmat2919 . ISSN 1476-1122 . ПМИД 21170028 . S2CID 10624501 .
- ^ Ногинов М.А.; Чжу, Г.; Белгрейв, AM; и др. (2009). «Демонстрация нанолазера на основе спазера». Природа . 460 (7259): 1110–1112. Бибкод : 2009Natur.460.1110N . дои : 10.1038/nature08318 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 19684572 . S2CID 4363687 .
- ^ Перейти обратно: а б Хилл, Мартин; Марелл, Милан; Леонг, Юнис; и др. (2009). «Генеральная генерация в субволновых плазмонных волноводах металл-изолятор-металл» . Оптика Экспресс . 17 (13): 11107–11112. Бибкод : 2009OExpr..1711107H . дои : 10.1364/OE.17.011107 . ПМИД 19550510 .
- ^ Перейти обратно: а б Кумар, Паван; Трипати, ВК; Лю, CS (2008). «Поверхностный плазмонный лазер». Дж. Прил. Физ . 104 (3): 033306–033306–4. Бибкод : 2008JAP...104c3306K . дои : 10.1063/1.2952018 .
- ^ Перейти обратно: а б Бергман, Дэвид Дж.; Стокман, Марк И. (2003). «Усиление поверхностного плазмона путем стимулированного излучения радиации: квантовая генерация когерентных поверхностных плазмонов в наносистемах». Физ. Преподобный Летт . 90 (2): 027402. Бибкод : 2003PhRvL..90b7402B . doi : 10.1103/PhysRevLett.90.027402 . ПМИД 12570577 . S2CID 10798864 .
- ^ Бурзак, Кэтрин (17 августа 2009 г.). «Самый маленький лазер из когда-либо созданных» . Обзор технологий Массачусетского технологического института .
- ^ Ван, Д.; Буржуа, М.; Ли, В.; и др. (2018). «Растягивающаяся нанолазировка из гибридных квадрупольных плазмонов». Нано-буквы . 18 (7): 4549–4555. Бибкод : 2018NanoL..18.4549W . дои : 10.1021/acs.nanolett.8b01774 . ОСТИ 1594600 . ПМИД 29912567 . S2CID 49302957 .
- ^ Стокман, Марк И. (июнь 2008 г.). «Спазерс объяснил». Природная фотоника . 2 (6): 327–329. Бибкод : 2008NaPho...2..327S . дои : 10.1038/nphoton.2008.85 . ISSN 1749-4885 .
- ^ Стокман, Марк И. (2010). «Спазер как наноразмерный квантовый генератор и сверхбыстрый усилитель». Журнал оптики . 12 (2): 024004. arXiv : 0908.3559 . Бибкод : 2010JOpt...12b4004S . дои : 10.1088/2040-8978/12/2/024004 . ISSN 2040-8978 . S2CID 2089181 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Галанжа Екатерина Ивановна; Вайнгольд, Роберт; Недосекин Дмитрий А.; и др. (2017). «Спазер как биологический зонд» . Природные коммуникации . 8 (1): 15528. Бибкод : 2017NatCo...815528G . дои : 10.1038/ncomms15528 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 5472166 . ПМИД 28593987 .