Спазер

http://issp.ras.ru/Control/Inform/perst/9_17/perst.htm#K_9_17_11

Спазер — лазер на плазмонах

Плазмоника – быстро развивающаяся область фотоники, использующая электромагнитные возмущения, распространяющиеся вдоль поверхности металлов. Эффекты плазмонного резонанса можно использовать для создания источников излучения, биосенсоров, фотоэлементов и интегральных схем фотоники [1]. Однако для действительно широкого распространения такого типа устройств не хватало одного очень важного элемента, а именно источника когерентного излучения, своего рода плазмонного лазера или спазера (от английской аббревиатуры SPASER — Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Возможность создания спазера была предсказана теоретиками в работе [2], где собственно и был введен этот термин. Предлагалось даже использовать систему таких нанолазеров для создания "леворуких" метаматериалов [3]. Однако только в этом году группе исследователей из нескольких университетов США удалось создать реально работающий спазер [4].

Устройство спазера выглядит незамысловато: золотая частица в оболочке из кварца, содержащей зеленый органический краситель, служащий в качестве активной среды. Размеры золотого ядра 14 нм, а толщина органической оболочки – 15 нм, в ней содержатся порядка трех тысяч люминесцентных молекул красителя. Когда такие частицы, взвешенные в воде, подсвечиваются лучом лазера 488 нм, на поверхности золотой частицы возбуждаются плазмоны. Сильное затухание, свойственное плазмонам, компенсируется усилением в активной среде. Мода электромагнитных колебаний, возникающая в спазере (рис. 1 б), соответствует длине волны света 520 нм. В этом проявляется одна из замечательных особенностей плазмонного резонанса: колебания на оптической частоте могут “умещаться” в резонаторе размером всего несколько десятков нанометров (вследствие того, что скорость плазмонных волн на порядок меньше скорости света). Это позволяет создавать нанолазеры с размером много меньше длины волны излучаемого ими света, что дает основания для надежд на скорое воплощение идей интегральной фотоники.

Рис. 1. а) Схематическое изображение спазера: золотая частица окружена оболочкой из кварца,

легированного органическим красителем зеленого цвета, которая играет роль активной среды;

б) мода электромагнитных колебаний в частице (цветом показана амплитуда колебаний).

А. Пятаков

1. ПерсТ 15, вып. 23, с. 6 (2008).

2. D.J.Bergman, M.I.Stockman, Phys. Rev. Lett. 90, 027402 (2003).

3. A.K.Sarychev, G.Tartakovsky, Phys. Rev. B 75, 085436 (2007).

4.M.A.Noginov et al., Nature 460, 1110 (2009).