物理学院马仁敏课题组在《自然-纳米技术》上发表纳米激光器研究综述

 

  

  

近日,北京大学物理学院马仁敏研究员应邀在《自然-纳米技术》发表题为《Applications of Nanolasers》的综述文章(Nature Nanotechnology, 14, 12–22, 2019),全面阐述了纳米激光器基本物理特性,总结了其应用进展与挑战。

激光器对人们认识光与物质相互作用起到了极大的推动作用,并大力的推动了现代科学与技术的发展。至激光器发明以来,其尺寸的小型化始终是一个重要的研究方向。过去几十年中,垂直腔面发射激光器、微盘激光器、光子晶体激光器、纳米线激光器、等离激元纳米激光器等微型激光器的快速发展为芯片上光电互联、高分辨率纳米光刻、激光雷达、无线光通讯、纳米光谱学等领域带来了全新的机遇。

这篇综述系统阐述了纳米激光器基本物理,包括纳米激光器阈值与功耗、调制带宽、出射方向性与模式调控;论述了纳米激光器相比于常规激光器的独特属性:可在空间、频率和时间三个维度同时对光场进行强局域化;总结了纳米激光器在芯片上光电互联、高灵敏物质检测、生物标记与探针、新型光束产生与调控等领域的应用进展与挑战。

在芯片上光电互联方面,纳米激光器有望同时实现高于100 GHz的高速调制和低于10 fJ 量级的单位比特功耗,从而对芯片上光互联等技术产生变革性推动,解决光子集成芯片的“瓶颈”光源问题;在高灵敏物质检测方面,纳米激光器利用受激辐射的放大作用可极大的增强光与物质相互作用,有望发展出新型体积小、成本低、灵敏度高的分布式痕量物质检测技术;在生物标记与探针方面,纳米激光器辐射强度高、频谱窄、无闪烁和淬灭现象,有望作为新型光学探针实现多模态成像以及多通道细胞标记和追踪技术;在新型光束产生与调控方面,纳米激光器单个器件的模式调控与阵列模式调控(如拓扑保护模式和连续态中的束缚态模式)相结合,有望实现大功率半导体激光器和新型波束扫描技术。

马仁敏为文章的第一作者和通讯作者,合作者为英国帝国理工学院的Rupert F. Oulton教授。工作得到了青年千人项目、国家自然科学基金委、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创新中心等的支持。

马仁敏课题组链接:http://www.phy.pku.edu.cn/~renminma/

 

 
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