Magneto-optical spaser
我们提出了一种新型量子等离子体器件-磁光Spaser的电动力学模型。结果表明，球形增益纳米粒子涂有金属磁光壳可以作为一个spaser放大圆偏振表面等离子体。该磁光散射器可用于等离子体传输线中光隔离器的设计以及手性分子的散射光谱分析。
2012-12-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
A Comparative Study of Coherent and Incoherent Drives in Four-Level Quantum Dot-Based Spaser
本文理论比较了四能级量子点等离激元纳米激光器在相干与非相干泵浦下的特性，发现非相干泵浦更适合连续模式，且共振峰与泵浦类型无关，峰值幅度受泵浦速率影响。
2024-02-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
Entangled plasmon generation in nonlinear spaser system under action of external magnetic field
本文从理论上研究了由金属纳米粒子和半导体量子点组成的三粒子或四粒子空间激光系统中局域等离子体激元的量子动力学特性。在平均场近似的框架下，揭示了在spaser系统中观察到单粒子等离子体激元稳定区域的条件，并讨论了这些区域的实现。研究了四粒子散射系统中相邻纳米粒子间的强偶极-偶极相互作用。我们表明，这种相互作用可以导致等离子体激元的自相关函数值的下降。预测了在具有非线性等离子体激子相互作用的三粒子空间激光系统中纠缠等离子体激元的产生。首次提出利用外加磁场控制三粒子Spaser系统中等离子体激元之间的互相关。
2018-02-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Colloidal-quantum-dot spasers and plasmonic amplifiers
胶体量子点是目前用于照明、显示器和激光器的坚固、高效和可调谐的发射器。因此，当spaser（一种类似激光的表面等离子体激元源）首次被提出时，量子点被指定为理想的等离子体激元增益介质。然而，随后的spaser设计需要一种单一的材料来同时提供增益和定义等离子体腔，这种方法不适合量子点和其他胶体纳米材料。在这里，我们开发了一个更开放的架构，从腔体的增益介质，导致一个通用的类量子点为基础的spasers，允许控制的产生，提取和操纵等离子体激元。我们首先创建高品质因数、像差校正的Ag等离子体腔。然后，我们通过电流体动力学印刷18，19或滴铸结合量子点。在环境条件下的光激发产生高于阈值的单色等离子体激元。该信号被提取，通过集成放大器引导，并聚焦在附近的纳米级尖端，产生强烈的电磁场。这种spaser平台可以在不同的波长、尺寸尺度和几何形状下部署，可以实现更复杂的片上等离子体器件。
2016-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Proposed Graphene Nanospaser
我们发现，石墨烯单层与多量子阱系统耦合可以形成石墨烯spaser，它是石墨烯中表面等离子体激元的相干量子发生器。石墨烯spaser的有源元件是多量子阱系统，其设计类似于量子级联激光器的有源元件的设计。在多量子阱系统的实际参数下，石墨烯单层中的spasing可以在石墨烯的有限掺杂和等离子体激元频率0.15 eV下实现，该频率接近多量子阱系统中的子带间跃迁的典型频率。
2013-10-19 cond-mat.mes-hall
Quantum theory of the plasmonic nanolaser
本文基于脉泽模型，提出了等离子体纳米激光的全量子理论。该理论既适用于高Q值腔的微激光器，也适用于等离子体纳米激光器。我们表明，后者基本上是一个无阈值的设备。得到了稳态下等离子体辐射的量子统计、光谱和二阶相干度。模型的适用性的限制进行了详细讨论。所有的结果进行了比较与完整的数值模拟。
2013-03-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spaser Spectroscopy with Subwavelength Spatial Resolution
提出了一种基于扫描探针显微镜针尖形式的近场激光器（spaser）的高灵敏度亚波长光谱显微术的新方法。高空间分辨率是由尖端的曲率定义的，就像无孔扫描近场光学显微镜一样。与后一种方法相比，我们建议使用无辐射等离子体激元泵浦相邻的量子点，而不是由外部激光束照射的尖端。分析了Spaser的产生谱。等离子体激元的产生由于在研究中的相邻纳米物体（分子或簇）的跃迁频率处的吸收而被抑制。结果，在宽的等离子体激元产生光谱中出现窄的凹陷。此外，在spaser产生阈值附近实现最高灵敏度。估计了Spaser光谱显微镜的灵敏度。
2012-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
Quantum fluctuations and lineshape anomaly in a high-$β$ silver-coated InP-based metallic nanolaser
金属纳米腔激光器为更小的可集成光源提供了重要的技术进步。它们提供了广泛未开发的激光物理学，其中不同操作机制之间的区别，如热或相干光发射，在接近具有近乎完美的自发发射耦合因子$β$的设备时变得越来越具有挑战性。事实上，量子光学研究必须揭示的过渡到相干发射的强度波动行为的纳米激光器时，输入-输出特性出现阈值的$β= 1$纳米激光器。在这里，我们通过表明受激发射可以引起线形异常，表现为发射线宽中从洛伦兹分量到高斯分量的转变，确定了高$β$激光器中激光操作的新指标，该发射线宽在激光阈值以上的光谱中占主导地位。
2022-01-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Influence of multi-electronic states on few-quantum-dot nanolasers
本文从实验和理论两方面研究了嵌入量子点的光子晶体腔纳米激光器的增益机制。在低激发功率下的时间分辨测量中，我们发现四个激子耦合到腔中。在高激发功率下，我们观察到从自发发射到激光的平滑的低阈值跃迁。然而，在激光发射开始之前，观察到激子饱和，并且激光发射所需的增益来源于多电子跃迁，这产生了宽的发射背景。我们将实验与量子点微腔激光器的模型进行比较，发现向腔体馈电的发射器的数量必须大大超过4个，这证实了增益是由多电子态提供的。我们的结果与理论预测一致。
2013-08-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Material-realistic modelling of quantum many-body effects in a monolayer TMDC nanolaser device
本文提出基于MoS2单层的材料真实微观理论，结合库仑相互作用与双重子激光方程，揭示室温下电子-空穴等离子体激射机制，密度阈值超过5×10^13 cm^-2。
2024-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On thresholdless lasing features in high-$β$ nitride nanobeam cavities: a quantum optical study
探索自发发射耦合的极限不仅是纳米激光器发展的核心目标之一，而且与未来需要具有小占地面积的节能相干光源的大规模光子集成高度相关。这些研究伴随着一个生动的辩论，如何证明和解释激光在高$β$制度。研究了生长在硅衬底上的GAN纳米束激光器中接近理想的自发发射耦合。由于它们的高光学质量，这样的纳米束腔允许从量子阱增益材料到激光模式的自发发射的有效函数化。通过进行全面的光学和量子光学表征，支持的纳米激光器的微观建模，我们确定高$β$激光在室温下，并显示在没有阈值非线性在156 K的激光跃迁。这种奇特的特性解释在温度和激发功率依赖的相互作用之间的0D和2D增益的贡献。
2017-08-16 cond-mat.mes-hall
Room-temperature polariton lasing in quantum heterostructure nanocavities
控制固态系统中的光-物质相互作用激发了大量的研究，以产生被称为激子-极化激元的玻色子准粒子，这需要激子和腔光子之间的强耦合。超低阈值相干光发射器可以通过激子-极化激元凝聚体的激光来实现，但这通常需要复杂的器件结构和低温。室温下工作的极化激元纳米激光器是相关研究的重要方向，不仅可以探索纳米尺度下的极化激元物理，而且在量子信息系统、全光逻辑门和超低阈值激光器等方面具有潜在的应用前景。然而，目前，室温极化激元纳米激光器的进展受到激子的热不稳定性和纳米腔固有的低品质因数的限制。在这里，我们展示了室温极化激元纳米激光器，通过设计宽禁带半导体异质结构纳米腔产生热稳定的激子与纳米腔光子耦合。由此产生的激子极化激元的拉比频率约为370毫电子伏的混合状态，使持久的极化激元激光到室温，有利于实现小型化和集成的极化激元系统。
2018-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum density matrix theory for a laser without adiabatic elimination of the population inversion: transition to lasing in the class-B limit
尽管对微米和纳米激光器有着巨大的技术兴趣，但令人惊讶的是，迄今为止还没有B类量子密度矩阵模型，能够在统一理论中准确描述相干性和光子相关性。在室温下适用于大多数固态激光器的B类激光器$-$ $-$中，宏观偏振衰减率大于腔阻尼率，而腔阻尼率又超过上能级粒子数衰减率。在这里，我们进行了一般的B类激光器的密度矩阵的理论方法，并提供了封闭的方程的光子和原子的约化密度矩阵的Fock基的光子。这样一个相对简单的模型可以用一种简单的方法进行数值积分，并展示了所有预期的现象，从单原子光子反聚束到众所周知的S形输入输出激光发射和多原子的超泊松自相关（$1\leq g^{(2)}(0)\leq 2$），以及从少数光子（大自发辐射因子，$β\sim1$）到热力学极限（$N\gg1$和$β\sim 0$）。基于对$g^{(2)}(τ)$的分析，我们得出结论，超泊松涨落显然与光子数的弛豫振荡有关。我们预测了一个强阻尼的弛豫振荡的原子数为$N\sim 10$小。该模型使得能够研究B类激光设备中的少光子分叉和非经典光子相关性，还利用相干耦合纳米激光器阵列的量子描述。
2022-05-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultra-Low Threshold Monolayer Semiconductor Nanocavity Lasers
通过光子腔设计纳米级光发射器的电磁环境可以通过Purcell机制中的腔量子电动力学显著增强其自发发射率。这种效应可以大大降低发射器的激射阈值，从而提供具有小尺寸、低功耗和超快调制的最终低阈值激光系统。通过在光子晶体腔中嵌入量子点，成功研制出了一种新型的超低阈值纳米激光器。然而，几个核心挑战阻碍了这种架构的实际应用，包括点的随机位置和成分波动，电流注入的极端困难，以及缺乏与电子电路的兼容性。在这里，我们报告了一种新的激光策略，其中原子薄的晶体半导体，即，二硒化钨（WSe 2）单层作为增益介质非破坏性且确定性地引入预制PhCC表面。一种新型的连续波纳米激光器工作在可见光区，在130 K的光泵浦阈值低至27 nW，类似于在量子点PhCC激光器中实现的值。激光作用的关键在于增益介质的单层性质，其将直接带隙激子限制在PhCC表面的1 nm内。表面增益的几何形状允许前所未有的accessibility多功能化的增益，使电泵浦操作。我们的方案是可扩展的，并与集成光子片上光通信技术兼容。
2015-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Divergent nonlinear optical response of three resonator system via Fano resonances
在以前的研究中，我们已经发现，非线性过程可以增强几个数量级，由于路径干扰的影响，这是由法诺共振。这种现象的出现也在麦克斯韦方程组的三维解中得到了证明。然而，已经发现增强受到等离子体激元振荡的衰减速率的限制。在目前的工作中，我们证明，这样的限制可以解除？当考虑从两个量子发射器到等离子体谐振器（二次谐波转换器）的路径干涉时。使用这样的干扰方案，比7个数量级大得多的增强因子是可能的。因此，3个粒子的单个杂化系统（仔细制造）可以解释从用量子发射器（例如spaser）装饰的等离子体粒子簇的样品发射的几乎所有的二次谐波产生的辐射。
2014-04-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Vertical-external-cavity surface-emitting lasers and quantum dot lasers
利用腔调控量子点的光子发射为实现量子功能纳米光子器件和量子信息器件提供了前所未有的机会。特别地，在半导体激光器领域中，引入QD作为量子阱的优良替代物，以抑制垂直外腔表面发射激光器（VECSEL）中的阈值电流的温度依赖性。本文综述了半导体垂直腔面发射激光器和量子点激光器的性能和发展。根据垂直腔面发射激光器的特点，重点介绍了半导体量子点垂直腔面发射激光器的技术进展。然后，从单量子点纳米激光器和腔量子电动力学（QED）的观点出发，提出了一个由量子点腔强耦合产生的单量子点腔系统。与现有的半导体VECSEL器件的研究不同的是，我们将涵盖量子点VECSEL器件的基本方面和技术方法。最后，本文对量子点垂直腔面发射激光器技术的发展以及未来量子功能纳米光子器件和单片光子集成电路的发展提供了有益的指导。
2012-04-14 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
