Two-photon pumped lead halide perovskite nanowire lasers
溶液法制备的卤化铅钙钛矿在太阳能电池和微激光器中显示出非常光明的前景。最近，钙钛矿的非线性开始引起相当大的研究关注。二次谐波产生和双光子吸收已被成功地证明。然而，基于非线性的钙钛矿结构的微纳激光器等器件还没有出现.在这里，我们展示了来自钙钛矿纳米线的双光子泵浦纳米激光。采用一步溶液自组装法合成了钙钛矿型纳米线CH3NH3PbBr3，并将其分散在玻璃衬底上。在800 nm光激发下，在546 nm附近成功地观察到了具有周期性峰值的双光子泵浦激光效应。获得的双光子泵浦纳米激光器的品质因子约为960，相应的阈值约为674？J= cm 2。Q因子和阈值都与二维多边形微孔板中的传统回音壁模式相当。我们的研究是首次在钙钛矿纳米线中实现双光子泵浦的纳米激光。我们相信这一发现将极大地拓展钙钛矿在光限幅、光开关、生物医学成像等低成本非线性光学器件中的应用。
2015-10-14 physics.optics
Double Resonance Nanolaser based on Coupled Slit-hole Resonator Structures
本文研究了一种基于狭缝孔谐振器的金属磁腔。在980 nm和1550 nm波长处预先设计了具有大空间重叠的腔的两个正交混合磁共振模式。腔体内设置有作为增益介质的Yb-Er共掺材料，这使得谐振腔具有高的光学活性。数值计算结果表明，在980 nm泵浦下，腔阵列可以获得1550 nm的强激光输出。这种双共振纳米激光器阵列在未来的光学器件和量子信息技术中具有潜在的应用前景。
2010-03-03 physics.class-ph physics.optics
Emission dynamics and spectrum of a nanoshell-based plasmonic nanolaser spaser
该研究建立增益—金属耦合含时模型，分析纳米壳 spaser 的阈值、瞬态与稳态动力学及光谱，揭示多频发射、强频移和单侧不对称发射，并证明可通过纵横比在可见光范围调谐。
2025-10-04 physics.optics
Two-dimensional plasmonic waveguides for nanolasing and four-wave mixing
等离子体波导是纳米相干源的基本元件，包括纳米激光器和四波混频（FWM）器件。在这里，我们报告如何等离子体激元波导的设计需要由最终的应用程序进行指导。这与传统的方法形成对比，在传统的方法中，波导被孤立地考虑。我们发现，混合等离子体激元波导，夹在金属基板和高折射率层之间的非线性材料，最适合于四波混频应用，而金属楔是首选的纳米激光器。我们还发现，在等离子体纳米激光器中，高折射率缓冲层的性能优于更传统的低折射率缓冲层。
2019-06-20 physics.app-ph physics.optics
Voltage-controlled beam steering in liquid-crystal-integrated dual-mode plasmonic nanolaser
Department of Electrical and Electronic Engineering, Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程与技术大学电气与电子工程系）
本文提出了一种集成电压控制液晶层的双模等离子体纳米激光器，实现了电压调控的光束转向，适用于光互连和多路复用通信。
2026-01-05 physics.optics
Half-wave plasmonic nanolasers near the localization limit
Harvard Medical School（哈佛医学院）；Massachusetts General Hospital（麻省总医院）；Rice University（莱斯大学）；Harvard-MIT Health Sciences and Technology（哈佛-麻省理工学院健康科学与技术）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究在超光滑金衬底上用高增益磷化铟纳米颗粒实现接近表面等离子体共振的半波模式激光，通过模拟估计最小激光粒子尺寸，观察不同粒子的激光特性，推动激光小型化至等离子体局域极限。
2026-07-07 physics.optics
Tamm Plasmon--Enhanced Widely Tunable Near-Infrared Nanolaser with Superior Efficiency and Output Power
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程与技术大学）；BRAC University（布拉格大学）；University of Alberta（阿尔伯塔大学）
利用Tamm等离子体共振和双DBR反馈，实现宽调谐近红外纳米激光器，具有高效率、高输出功率和低损耗特性。
2026-01-02 physics.app-ph physics.optics
Spin- and orbital-angular-momentum nonlinear optical selectivity of single-mode nanolasers
光的选择性控制对于具有许多应用的光学科学和技术是必不可少的。已经开发了纳米光子波导和集成耦合器，以根据光束的多个自由度来实现光束的选择性耦合和空间控制。然而，先前的耦合器件保持无源，对入射光的功率具有固有的线性响应，限制了它们的最大光学选择性。在这里，我们通过基于光的自旋和轨道角动量选择性激发单个单模纳米激光来展示非线性光学选择性。我们设计的纳米激光电路由等离子体超表面和单独的钙钛矿纳米线组成，使角动量独特的等离子体场的亚波长聚焦和纳米线中单个横向激光模式的进一步选择性激发成为可能。具有非线性光发射增加的光学选择纳米激光大大增强了超颖表面提供的基线光学选择性，从约0.4提高到接近1。我们所展示的非线性光学选择性可能在全光逻辑门和纳米线网络、超快光开关、纳米光子探测器以及片上光学和量子信息处理中找到重要应用。
2023-03-03 physics.optics
Dynamical properties of nanolasers based on few discrete emitters
我们研究了由几个二能级辐射源耦合到光腔中的纳米激光器的动力学性质。导出了一组速率方程，该方程与完全主方程模型的解非常一致，并且使得研究系统的性质变得简单。使用这些速率方程的线性化版本，我们可以解析地表达纳米激光器对泵浦速率调制的响应。这些结果进行了比较，直接从主方程使用一种新的方法获得的调制响应。使用速率方程的方法，我们计算的调制带宽，并表明，与传统的半导体激光器，纳米激光器是典型的过阻尼，并显示在调制带宽下降的两个级别的系统变得倒置。这两个特征都可以追溯到将发射体建模为非相干泵浦的两能级系统。
2013-01-27 physics.optics
Analytical results from the quantum theory of a single-emitter nanolaser. II
利用Heisenberg-Langevin和密度算符两种等价方法，研究了非相干泵浦的单二能级系统与有限精细度单腔模相互作用的纳米激光的性质.我们表明，在良好的腔制度的情况下，海森伯-朗之万方法提供的线宽，振幅起伏谱，和腔内曼德尔Q参数的分析结果。在坏腔制度，我们估计的频率在弛豫振荡的峰值出现。借助用相干态表示的密度算符主方程，我们得到了Glauber-Sudarshan P函数的近似表达式。这种解决方案可以用于良好的腔制度的情况下，并允许我们更详细地调查的nanolaser的无阈值行为。所有这两种方法是在一个非常好的协议与对方和数值模拟。
2013-01-23 physics.optics quant-ph
Large-angle twisted photonic crystal semiconductor nanolasers with ultra-low thresholds operating in the C-band
本文提出大角度扭转光子晶体纳米激光器，通过任意选择扭转角度实现C波段单模激射，具有约25 μm²超紧凑占位面积、0.47 (λ/n)³超小模式体积和约1.25 kW/cm²超低阈值，为高密度集成光子芯片提供高性能纳米相干光源新途径。
2024-11-22 physics.optics
On collective Rabi splitting in nanolasers and nano-LEDs
基于腔体内多个非相干泵浦二能级发射体的模型，解析计算了纳米激光器和纳米发光二极管的光学发射光谱。在低泵浦速率下，我们发现在光谱中的两个峰值大耦合强度和发射器的数量。我们将双峰光谱解释为集体拉比分裂的特征，并讨论了光谱分裂与两个本征模存在之间的区别。我们表明，LED将永远不会表现出分裂光谱，即使它可以有不同的本征模。对于系统的分裂是可能的，我们表明，两个峰值合并成一个单一的泵浦速率时，增加。最后，我们计算了系统的线宽，并讨论了发射极间关联对系统线宽的影响。
2019-03-15 physics.optics quant-ph
Single-particle Mie-resonant all-dielectric nanolasers
利用米氏共振的全介电亚波长结构提供了一个新的范例，在纳米光子学控制和操纵光。到目前为止，只有自发发射增强表现出与单一的介电纳米天线，而受激发射，只有在大晶格支持集体模式。在这里，我们展示了第一个单粒子全介质单片纳米激光器在可见光和近红外频率范围内的米氏共振驱动。我们采用卤化物钙钛矿CsPbBr $_3$作为增益和谐振器材料，其提供高光学增益（高达$\sim 10^4$ cm $^{-1}$）并允许具有接近外延质量的纳米立方体的简单化学合成。我们最小的非等离子体Mie共振单模纳米激光器的尺寸为420 nm，工作在室温下，波长为535 nm，线宽为$\sim 3.5$ meV。这些新颖的激光纳米天线可以为多功能光子设计铺平道路，以在纳米尺度上主动控制光。
2019-05-21 physics.app-ph physics.optics
Metallic Coaxial Nanolasers
在过去的二十年里，纳米光子学和等离子体激元学领域取得了巨大的进步。毫无疑问，金属结构的引入已经打开了一条通往亚波长尺度的光限制和操纵的道路（这是以前被认为在光学中遥不可及的制度）。最重要的是设计有效的光源，为未来的纳米级光学电路供电。同轴谐振器可以提供实现这种亚波长源的平台。它们支持超小型腔模，并提供大的模式-发射极重叠以及多重可扩展性。考虑到它们的大调制带宽，它们有望用于高速光学互连（其中它们可以同时用于光生成和调制）。此外，在这样的设备中的无阈值操作的可能性可能对开发下一代高效照明系统具有影响。在这篇评论文章中，同轴纳米激光器的物理和应用将被讨论。
2016-04-22 physics.optics quant-ph
A fully nanoscopic dielectric laser
在这篇文章中，我们介绍了一个介电纳米激光器的概念，在所有空间维度的纳米尺度。我们的建议是基于高折射率的介电纳米颗粒，例如，硅，用作用有机增益介质的薄膜装饰的（无源）腔（没有本征增益）。它的共振频率可以在整个可见光范围内进行调谐，并且可以解决亮模式和暗模式。可以利用所谓的“磁”模式，这使得该介电纳米激光器成为类似于表面等离子体激元激光器（其利用电模式）的相干近场的互补源。硅中的小本征损耗产生相对高的品质因数和靠近腔的发射器的低非辐射衰减速率，这两者将导致低阈值。正如我们在这项工作中所展示的，介电纳米激光器相对于纳米线激光器和spasers表现出一定的优势，例如降低的激光阈值，短的开关时间，尺寸和设计灵活性。介电纳米激光器与标准光刻制造方法兼容，并且其相对简单的设计可以允许容易地测试和实现该概念。因此，硅纳米激光器可能很快在纳米光学和超材料中找到许多应用。
2014-12-16 physics.optics
The physical limits of nanoLEDs and nanolasers for optical communications
纳米级光源正在被深入研究，以实现低能量，高密度光通信和传感系统的潜力。纳米发光二极管（nanoLED）和纳米激光器两者都已经被考虑，其基于先进的纳米光子概念，诸如光子晶体和等离子体结构，具有良好地进入亚微米域的尺寸。随着维度的减小，光-物质相互作用变得更强，可能导致有效和超快的辐射发射，无论是在自发还是受激状态。这些特征为这种纳米级光源的实际前景，特别是光学互连的实际前景创造了广泛的期望。在本文中，我们将探讨LED和激光器缩小尺寸的局限性，并自问哪种类型的光源最适合超低功率光通信。基于对半导体有源区在室温下的自发发射率和受激发射率的缩放的简单物理考虑，我们分析了纳米LED和纳米激光器的速度和能量极限作为其尺寸的函数。自发发射增强（珀塞尔效应）在实际的纳米光子源的作用也被重新审视。主要结论是，nanoLED达到基本的能量/速度限制的数据速率超过几个Gb/s，而纳米激光器的有效尺寸在几个100纳米的范围内，可以使直接调制速率大于40 Gb/s的功率水平足够的短距离和低能量的光学互连。
2020-03-17 physics.app-ph physics.optics
Efficient coupling between dielectric waveguide modes and exterior plasmon whispering gallery modes
介电导模和等离子体激元模之间的低效率耦合在过去一直被忽视。它的耦合机理与传统的介电模间耦合有本质的不同。在定性理论分析的基础上，提出了两种增强介质波导模与外等离子体回音壁模耦合的方法。一种是利用U形弯曲波导来打破绝热模式转换过程，另一种是使高阶介电模与等离子体激元模达到相位匹配。波导的透射谱和谐振腔的能谱都表明，耦合效率可以得到很大的提高。这些简单的结构在可调谐集成光学器件、纳米激光器和传感器等方面具有广泛的应用前景。
2013-10-21 physics.optics
On the theory of a spaser, a laser with a surface plasmon
本文包含了一个理论的激光行动在一个所谓的SPASER，激光与表面等离子体。理论发展的目标是确定SPASER激光器的物理性质，这些激光器是由M。a. Noginov等人在题为Demonstration of a spaser based nanolaser的论文中宣布，Xiang Zhang等人在论文Plasmon lasers at deep subwavelength scale中宣布，这两篇论文都发表在Nature Advance在线出版物上，2009年8月。等离子体激元模式具有巨大的损耗，但同时，与在自由空间中辐射的概率相比，原子（分子）中的辐射过程与辐射到这种模式中的发射的概率增加了数千倍。这清楚地说明了放大是如何补偿损失的。这是明显的亲属关系的物理性质的现象与表面增强拉曼光谱。
2009-10-13 physics.optics
Minimal-footprint photonic crystal nanolasers for biointegration
University of Cologne（科隆大学）
本研究开发了最小足迹光子晶体纳米激光器，用于生物集成应用，实现了30μm²的活性区域，并设计了NIR-II探针，具有比现有技术小一个数量级的模式体积。
2026-01-18 physics.optics
Vibrationally Induced Resonances in Lasing
University of Turku（图尔库大学）；TU Wien（维也纳工业大学）
研究通过振动结构对激光共振的影响，揭示了振动能级与激光强度之间的关系，挑战了传统非相干驱动近似，并为分子尺度纳米激光器的理解奠定基础。
2026-04-01 physics.optics quant-ph
Topology induced anomalous plasmon modes in metallic Mobius nanorings
我们报告金属莫比乌斯纳米环的等离子体共振的调查。由于莫比乌斯纳米带拓扑结构提供的额外相位π的存在，观察到半整数数目的谐振模式。位于莫比乌斯纳米环的不可定向表面的异常等离子体激元模式打破了传统环形腔中存在的对称性，从而使远场激发和发射成为亮模式。由于莫比乌斯纳米环的非平凡拓扑结构，其远场谐振波长以及半整数模数的特征不随莫比乌斯纳米环上电荷分布的变化而变化。由于剩余的暗特征引起的超小模式体积，在传感性能方面获得了极高的灵敏度以及显著的品质因数。拓扑金属纳米结构提供了一种新的平台，用于研究局部表面等离子体模式，在等离子体应用中表现出独特的现象，例如高灵敏度检测和等离子体纳米激光器。
2016-11-22 physics.optics
A nanolaser with extreme dielectric confinement
提出一种介质纳米桥纳米激光器，可将光场与激发载流子共同局域于同一区域，实现室温连续波激射并降低阈值。
2024-12-03 physics.optics
Spasers, VCSELs, and Surface plasmon emitting diodes (SPED): their unique features and figures of merit
我们比较了拟议的电泵浦亚波长等离子体激光器（spasers）与无处不在的全介质半导体微激光器（VCSEL）的基本特性，并指出它们的相似之处以及性能（阈值，效率，相干性和速度）的巨大差异。这些结果应有助于研究人员在每个特定的光电应用的发射器作出明智的选择。
2013-09-07 physics.optics
Magnetic on-off switching of a plasmonic laser
表面等离子体激元的纳米模体积已经使等离子体激元激光器和凝聚体具有超快操作。大多数等离子体激光器基于贵金属，使光学模式结构对外部场呈惰性。在这里，我们展示了主动磁场控制激光在Co/Pt多层纳米点的周期性阵列浸没在IR-140染料溶液。我们利用纳米粒子的磁性结合模式剪裁来控制激光作用。在圆极化激发下，角分辨光致发光测量揭示了纳米点磁化反转时激光作用和非激光发射之间的转变。我们的研究结果引入磁化作为外部控制等离子体纳米激光器的一种手段，与通过激励、增益介质或衬底的调制互补。此外，结果显示了如何在激光机制中观察到磁化对固有微弱的光的影响，激发了拓扑光子学的研究。
2021-08-30 physics.app-ph physics.optics
Broadband gate-tunable THz plasmons in graphene heterostructures
石墨烯是一种独特的二维碳材料，在准粒子狄拉克费米子服从线性色散的驱动下，在电子学、力学和热传输领域取得了重大突破。在这里，我们展示了一个反泵浦的全光差频过程，相干产生和控制太赫兹等离子体原子层石墨烯具有倍频程可调谐性和高效率。我们利用石墨烯固有的表面不对称性来获得强的二阶非线性极化率chi（2），其与紧密的等离子体激元场限制一起，使得能够在THz频率下实现鲁棒的差频信号。石墨烯上的反泵浦共振过程独特地实现了能量和动量守恒。因此，我们展示了一种双层石墨烯异质结构，其实现了从9.4 THz到4.7 THz的倍频程上的THz等离子体激元的电荷和栅极可调谐性，仅受泵浦放大器光学带宽的限制。理论建模支持我们的单伏级门调谐和光学带宽限制的4.7 THz相位匹配测量，通过声子耦合，饱和吸收和朗道阻尼以下的随机相位近似，预测和理解石墨烯载体等离子体物理。
2017-10-05 physics.optics
Light amplification by stimulated emission from an optically pumped molecular junction in a scanning tunneling microscope
在这里，我们介绍和实验证明光放大和受激发射从一个单一的光泵分子隧道结的扫描隧道显微镜。尖锐的金尖端和覆盖有5-氯-2-巯基苯并噻唑分子的自组装单层的平坦的金衬底之间的间隙形成极小的光学增益介质。当电子从分子最高占据的分子轨道隧穿到尖端时，留下空穴。这些可以重新填充由激光驱动的等离子体激元振荡的金属表面包围腔诱导的热电子。求解该系统的激光速率方程表明，再布居过程可以有效地刺激的间隙模式近场，TERS散射从邻近分子作为一个光学种子。我们的研究结果表明，如何通过隧穿分子更强的本地化，可以进一步增加等离子体腔内部的光学增强。我们预计，从STM结的受激发射将推进我们的量子等离子体的基本理解，并导致新的分析应用。此外，这一概念代表了新型超小型、快速、光学和电子可切换设备的基础，并可在高速信号处理和光学电信中找到应用。
2014-01-08 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Surface-plasmon mode hybridization in sub-wavelength microdisk lasers
在亚波长比例的半导体微盘激光器腔中演示了表面等离子体激元和介质波导回音壁模的混合。金属层沉积在半导体微盘的顶部，其半径系统地变化以使表面等离子体激元和介电模式之间的模式杂交成为可能。通过光致发光光谱实验观察到两种腔模类型的反交叉行为，并在室温下实现了波长为1.3 μ m的光泵激光作用。
2009-08-25 physics.optics
2D-Material-Assisted Bistable Switching of Gap Plasmons Disclosed By Femtosecond Pulse Scattering Spectra
用飞秒激光泵浦镜上纳米球等离子体天线，每个天线在间隙中具有单层石墨烯或MoS2片。实验观察到散射线宽和峰值强度随激光功率变化趋势的突变。动态等离子体激元演化的理论模型将这种转向归因于两个等离子体激元态之间的转换，四波混频效率的通用转换阈值约为0.14%。这种双稳态是由非线性隙电流到隙等离子体激元的强反馈以及四阶和高阶波混频的参与引起的。这项工作揭示了一种途径，使能源效率的非线性等离子体元件。
2020-12-23 physics.optics
Lasing Conditions of Transverse Electromagnetic Modes in Metallic-Coated Micro- and Nanotubes
在这项工作中，我们研究了横向电（TE）模式的激光条件的微和纳米管内部涂有一层薄的金属层。这种几何形状可以解决纳米激光器和空间激光器的一些问题，因为它允许活性介质的再循环，同时提供可调谐等离子体激元腔。该系统呈现两种TE模式：腔模式（CM）和回音壁模式（WGM）。一方面，我们表明，激光的WGM只可能在纳米管。另一方面，对于直径为几微米的管，我们发现该系统呈现出大量的CM，其具有在可见光和近红外光谱内的激射频率和非常低的增益阈值。此外，CM的激射频率可以准确地描述一个简单的单参数模型。我们的研究结果可能是有用的微和纳米激光器的“芯片实验室”设备，超密集数据存储，纳米光刻，或传感的设计。
2019-05-13 physics.optics
Compensation of loss in propagating surface plasmon polariton by gain in adjacent dielectric medium
本文报道了用染料抑制银膜与光泵聚合物界面上表面等离子体激元的损耗。大幅度的效应使得“主动”纳米等离子体激元的各种应用成为可能。实验研究是伴随着发展的现象的分析描述和解决的争议，关于一个波的波矢量的方向与一个强的倏逝分量在一个活跃的介质。
2007-04-12 physics.optics
Surface-Plasmon-Polariton Laser based on an Open-Cavity Fabry-Perot Resonator
近年来，人们对小尺寸激光器的开发越来越感兴趣，这些激光器在小体积传感和片上光通信中具有潜在的应用。表面等离子体激元是一种被限制在金属-电介质界面上的电磁模式，它提供了一种有效的途径，当与增益介质接触时被共振放大时，可以实现纳米尺度的激光发射。在这里，我们实现了可见光频率超窄线宽激光在室温下利用表面等离子体在一个开放的法布里-珀罗腔中传播形成的平坦的金属表面涂有亚波长厚层的光泵浦增益介质和正交约束的一对平坦的金属侧壁。低微扰传输配置采样的激光等离子体激元模式是通过一个渐逝耦合凹进的纳米缝，开辟了道路，高品质因数的折射率与开放腔相互作用的分析物的传感。
2016-10-12 physics.optics
Lasing action in single subwavelength particles supporting supercavity modes
片上光源是实现全集成光子电路的关键。到目前为止，半导体小型化激光器主要限于几微米量级的尺寸。由于相关的辐射损失，尺寸的进一步减小从根本上是具有挑战性的。虽然使用等离子体金属有助于减少辐射损耗和尺寸，但它们也会引入欧姆损耗，阻碍真正的改进。在这项工作中，我们表明，利用准束缚态的连续，或超腔模式，我们绕过这些基本问题，实现迄今为止最小的纯半导体纳米激光器。这里，纳米激光器结构基于单个半导体纳米柱，其有意地利用两个支持的光学模式（即法布里-珀罗和米氏模式）之间的相消干涉，以获得腔的品质因数的显著增强。我们实验证明了这一概念，并获得了光泵激光作用，在低温下使用砷化镓。最佳的纳米圆柱体尺寸是直径小至500 nm，高度仅为330 nm，激光波长约为825 nm，对应于约0.6的尺寸-波长比。所获得的结果铺平了道路，更小的片上光源的欧姆损失，这可能会发现在未来的光子电路的应用。
2020-03-09 physics.optics
Refraction enhancement in plasmonics by the coherent control of plasmon resonances
在没有增益材料的介质中，由平面偏振光场探测的等离子体纳米天线可以显示零吸收甚至放大，同时表现出最大的极化率。这是通过耦合到一个特别设计的超分子中的相邻纳米天线而发生的，该超分子由具有相移的正交光场泵浦。所介绍的方案是量子光学中已知的折射率（EIR）增强效应的经典对应物。与电磁感应透明（EIT）相反，其中介质在零磁化率和最小吸收点处呈现高色散，在EIR中，系统在零吸收或负吸收点处表现出大磁化率和低色散。EIR的等离子体类似物允许对等离子体纳米天线的极化率和吸收进行相干控制，为等离子体纳米结构的传输、衍射和偏振转换特性以及超表面上的表面等离子体极化激元的传播特性的全光切换和相干控制提供了一种新的方法。它还可能为零折射率到高折射率等离子体超材料中光波的无损或放大传播开辟道路
2019-04-01 physics.optics
Towards loss compensated and lasing terahertz metamaterials based on optically pumped graphene
数值计算表明，光泵石墨烯适合于补偿太赫兹（THz）超材料的固有损耗。第一步，计算了光泵浦下石墨烯的复电导率，确定了单层石墨烯中太赫兹放大的合适条件。它示出，在石墨烯中发生放大的温度高达室温和中等泵浦强度时，在电信波长$λ=1.5~\mathrm{μm}$泵浦。此外，石墨烯的放大性能进行了评估和讨论，在温度低至$T=77~\mathrm{K}$和泵浦强度$I=300~\mathrm{mW/mm^2}$调查石墨烯和等离子体裂环谐振器（SRR）超材料之间的耦合。欧姆和介质损耗机制的贡献进行了研究，通过全波模拟。结果发现，开口环谐振器超材料的损耗可以通过石墨烯中的光受激放大来补偿。此外，它表明，由非对称开口环谐振器和光泵石墨烯组成的混合材料可以超过激光阈值条件，并可以发出相干太赫兹辐射在最小输出功率水平的$6 0~\mathrm{nW/mm^2}$。光泵石墨烯的使用非常适合于太赫兹超材料的损耗补偿，并为新型相干太赫兹源铺平了道路。
2013-12-10 physics.optics
Subwavelength Nanopatch Cavities for Semiconductor Plasmon Lasers
我们提出并分析了一个家庭的电泵浦表面发射半导体激光器，使用表面等离子体激元提供光学模式限制在100-300 nm范围内的尺寸腔的纳米级腔。所提出的激光腔在许多方面是通常在微波/RF频率下使用的微贴片天线的纳米级光学版本。表面等离子体不仅用于模式限制，而且用于输出光束整形，以实现单瓣远场辐射图案与窄束腰从亚波长尺寸的腔。我们确定的腔模式具有最大的品质因数和模式增益，并表明，在近红外波长范围（1.0-1.6微米）腔损失（包括表面等离子体损耗）可以补偿由表面等离子体本身提供的增益区域中的强模式限制和所需的材料阈值增益值可以小于700 1/cm。
2007-12-09 physics.comp-ph physics.optics
Analysis and design of a Germanium multi-quantum well metal strip nanocavity plasmon laser
为了实现电泵浦等离子体激元纳米激光器，最近提出了几种结构、材料和方法。然而，要找到一个可靠的适合商业等离子体集成电路的片上等离子体源还有很长的路要走。本文提出了一种新的波导集成纳米腔等离子体激元激光器，用于1550 nm自由空间波长。由于金属条结构引起的场约束效应以及等离子体激元模与锗量子阱的强相互作用，使得该结构的Purcell因子高达291，因此该结构具有显著的输出性能。使用半经典速率方程结合有限差分时域（FDTD）腔模式分析，输出性能的措施进行了估计和确认相对于各种物理模型和仿真工具。模拟结果表明，在注入电流为10uA时，该结构的输出功率为2.8uW，在阈值泵浦电流为27mA时，输出功率为4.16mW，同时在178GHz的宽调制带宽内保持了其性能。
2019-03-19 physics.app-ph physics.optics
Controllable Optical Resonances and Unidirectional Scattering by Core-shell Nanoparticles
支持不同系列的米氏共振的纳米粒子已经使一类新的纳米天线成为可能，并提供了在纳米尺度上操纵光的有效方法。灵活调整光学共振和散射方向性的能力对于从生物传感到纳米激光的各种应用特别重要。在本文中，我们研究的核-壳纳米粒子，支持电和磁米氏共振，并首次系统地揭示了从一个纯粹的高指数介电纳米球的模式演变到一个纯粹的等离子体，在那里它有一个突然的过渡时，核壳比从0.4增加到0.5。此外，通过工程的电和磁共振，我们证明了单向的前向和后向散射在这样的系统，并通过几何调谐揭示其可调谐性。
2021-01-03 physics.optics
Lasing in dark and bright modes of a finite-sized plasmonic lattice
纳米尺度的激光有望实现强的光-物质相互作用和超快运行。由金属纳米颗粒支持的等离子体共振具有极小的模体积和高场增强，使其成为研究纳米激光的理想平台。然而，在可见光频率下，由于强欧姆和辐射损耗，等离子体共振的适用性受到限制。有趣的是，等离子体纳米粒子阵列支持非辐射暗模式，提供更长的寿命，但远场辐射无法到达。在这里，我们显示激光在黑暗和光明模式的银纳米粒子阵列结合光泵染料分子。在可见光波长和室温下观察到0.2纳米的线宽。基于阵列的有限尺寸，通过相干外耦合机制提供对暗模式的访问。这些结果为利用等离子体晶格的所有模式，以及高Q模式，研究强光-物质相互作用，凝聚和光子流体开辟了一条途径。
2016-10-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
A Tunable Spherical Graphene Spaser
在这项工作中，一个新的结构建议spasing。所提出的spaser是由石墨烯纳米球，它支持局域表面等离子体模式，和量子点阵列，作为增益介质。增益介质由外部激光源泵浦。由于所有的等离子体都是在石墨烯平台上进行的，因此该结构具有高限制和长寿命的相干表面等离子体。所有的结构进行了理论分析，使用全量子力学描述。所提出的spaser的主要优点是它的简单的调谐能力，通过改变石墨烯费米能级，这是通过在制造时间或静电门控化学掺杂执行。我们建议利用所提出的spaser在石墨烯片上激发相干的长程表面等离子体。Spaser的近场耦合到石墨烯片上的表面等离子体激元，并补偿表面等离子体激元和光子之间的大的动量失配。
2017-12-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Plasmon-Exciton-Polariton Lasing
金属纳米结构提供了一个工具包，用于产生低于衍射极限的相干光。基于等离子体激元的激光依赖于发射体（诸如有机荧光团）的粒子数反转以及由等离子体激元共振提供的反馈。在这种被称为弱光物质耦合的状态下，系统的辐射特性可以用Purcell效应来描述。分子激子与等离子体激元结构产生的电磁场之间的强轻物质耦合导致了被称为等离子体激子极化激元（PEP）的混合准粒子的形成。由于这些准粒子的玻色子性质，激子极化激元凝聚可以导致在比传统光子激光器低得多的阈值功率下的类激光发射。在这里，我们观察到PEP激光通过一个黑暗的等离子体激元模式在一个低阈值的金属纳米粒子阵列中的光泵的有机系统。有趣的是，尽管活性材料的量子效率降低，但通过增加轻物质耦合的程度来降低激光的阈值功率，突出了导致激光的超快动力学，即，受激散射这些结果展示了一个独特的室温平台，用于探索开放腔结构中激子极化激元的物理学，并为将这种片上激光器件与当前光子学和有源超材料平面技术集成铺平了道路。
2017-01-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Degenerate parametric down-conversion facilitated by exciton-plasmon polariton states in nonlinear plasmonic cavity
研究了非线性等离激元腔中通过近场相互作用耦合到单个表面等离激元模的二能级量子发射体系综中的简并参量下转换效应。为了这个目的，我们开发了一个量子驱动耗散模型捕捉非平衡动力学的系统中，非相干泵浦的QE的过渡频率调谐附近的二次谐波响应的SP。考虑到强耦合机制，即，当SP-QE相互作用速率超过系统耗散速率时，我们发现了一个临界SP-QE耦合，这归因于正常态和激光定态之间的相变。检查以上系统的稳定状态的波动，我们预测新的基本激发，即激子等离子体激元形成的两个SP量子和单激子状态的QE。两个SP量子的贡献导致SP-QE相互作用速率与QE数量${\cal N}_o$的线性标度，而不是Dicke和Tavis-Cummings模型已知的$\sqrt{{\cal N}_o}$标度。我们进一步研究了SP-QE相互作用标度如何影响临界耦合附近的极化激元色散和功率谱。为了这个目的，我们比较了计算结果，假设一个有限的合奏QE和模型的热力学极限。计算的功率谱预测了二次谐波频率附近的QE的相干光子发射和SP在基频的相关光子对发射的相互作用（即，光子DPDC效应）。
2023-01-24 physics.optics quant-ph
Graphene Plasmonics: Challenges and Opportunities
石墨烯等离子体激元正迅速成为一种可行的工具，用于快速电操纵光。与传统的等离子体材料相比，这些激发的特征是相对较低的损耗水平和高度的空间限制，这进一步刺激了在纳米级的电光调制、光学传感、量子等离子体、光捕获、光谱光度学和可调谐照明的应用前景。我们首先对扩展石墨烯中的等离子体激元进行了一般性描述，然后通过分析方法对等离子体激元能量和石墨烯纳米结构（包括石墨烯带）中与外部光耦合的强度进行了合理准确的估计。我们讨论了几种可能的策略，以扩展这些等离子体向可见光和近红外，包括在石墨烯结构的尺寸减小和掺杂水平的增加。具体来说，我们讨论了等离子体激元在窄带和分子大小的石墨烯结构。我们进一步制定处方的基础上的几何形状，以增加静电掺杂的水平，而不会导致电击穿。结果还提出了在高掺杂的单壁碳纳米管，表现出类似的特性作为窄带，并表现出相对较小的依赖于管的手性等离子体。我们进一步讨论了完美的光吸收的单原子碳层，我们说明了调查阵列的丝带使用完全解析表达式。最后，我们探讨了利用石墨烯中的光泵浦瞬态等离子体激元的可能性，由此光学加热的石墨烯价带可以维持与高度掺杂的石墨烯类似的集体等离子体激元振荡，并且在电子处于升高的温度的皮秒时间窗口期间定义良好。
2014-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Scaling of Metal-Clad InP Nanodisk Lasers: Optical Performance and Thermal Effects
光片上通信的关键部件是高效光源。然而，为了实现低能量的每比特通信和与Si CMOS的局部集成，器件需要进一步缩小。在这项工作中，我们制造的微和纳米激光器的不同形状的InP直接晶片键合在Si上。金属包覆腔已经被提出作为通过利用混合光子-等离子体激元模式来缩放超过光的衍射极限的尺寸的手段。在这里，我们探索的回音壁模式光源的尺寸可扩展性，通过包覆与Au的设备的侧壁。金属包层腔展示了室温下激光与InP直径低至300 nm的Au包层器件的光激发，而纯光子对应物显示激光仅低至500 nm。数值热模拟支持的实验结果，并确认改善散热能力的Au包层设备，这表明在设备温度降低473 K的金属包层InP纳米盘激光器，相比，没有Au。即使在没有混合光子-等离子体模式的情况下，这也将提供实质性的性能益处。这些结果使我们深入了解金属包层设计的好处，以缩小规模的硅集成激光器。
2020-09-08 physics.app-ph physics.optics
