发布时间:2023-07-22 阅读:363
近年来,纳米线激光器以其体积小、易于集成、阈值低和能耗低等优点成为实现微型光子集成系统的重要途径。将量子点与纳米线相结合,可以灵活地调节增益特性,从而使纳米线激光器具有优异的器件性能,例如低阈值和高温稳定性。与无机半导体量子点相比,碳量子(CQDs)点具有低毒性、低成本等优势。当CQDs用作激光器中的增益介质时,它可以提供高差分增益、低激光阈值和温度稳定性的潜力。由于其独特的光物理性质、低暗毒性和可调谐的表面功能,CQDs已被用作激光器的增益介质,并通过表面修饰实现了多波长激光器。
课题组提出了一种利用金纳米颗粒(Au NPs)、银纳米线(Ag NWs)和空心金属包覆谐振腔(HMCR)组成的自组装微结构实现可调窄带激光束输出的方法。通过化学反应,使Au NPs生长在Ag NWs表面,促进表面等离子体波(SPW)在Au NPs和Ag NW之间得到局域和增强,这导致了在间隙中电场功率密度的增强。同时,由于自由空间光耦合技术,光与物质的相互作用可以在谐振腔中充分实现,HMCR的有效折射率(Neff)保持在0 ~ 1之间。将CQDs和Au-Ag纳米线的混合溶液注入HMCR中。通过调整CQDs的浓度,在583-594nm范围内实现了宽波长可调性,随着浓度的增加,中心波长出现蓝移。这种基于自组装微结构的可调谐窄带CQDs激光器,为小型化多波长激光源的发展铺平了道路,并为未来的集成多波长激光源奠定了潜力。
图1.(a) CQDs和纳米线混合溶液示意图。实验装置示意图:(b)比色皿激光装置。(d)HMCR激光装置。(c)比色皿的激光发射光谱。(e)HMCR的激光发射光谱。
图2.(a)实验装置示意图。(b)HMCR中发射光谱的变化图。
图3.(a)不同浓度CQDs溶液配制示意图。b)不同浓度CQDs和金银纳米线混合溶液的激光发射光谱和照片。
图4.(a)银纳米线的透射电镜图。(b)金银复合纳米线的透射电镜图。(c-h)银纳米线和金-银复合纳米附近入射场的电场强度分布。(i-l)金银复合纳米线的元素扫描图像。
该成果发表在“Meng Zhang, Hailang Dai, and Xianfeng Chen, Tunable Narrowband Carbon Quantum Dots Laser Based on Self-Assembled Microstructure, Advanced Optical Materials, 2301156 (2023)”。
论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202301156