На излете лета 2009 года исследователи, разрабатывающие новые лазерные технологии, продемонстрировали сразу два эффективных способа получения наноразмерных источников светового излучения.
Всего три недели назад группа ученых и технологов (в основном русских) из трех американских университетов (Пардью, Норфолка и Корнелла) представила в журнале Nature доклад о создании первого рабочего прототипа нанолазера-спейзера — самого маленького квантового усилителя и генератора оптических полей на наноуровне (подробнее об этом проекте см. «Наши сделали американский нанолазер», «Эксперт» № 32 за 2009 год).
А уже 30 августа в том же издании была опубликована информация, что их коллеги из Калифорнийского университета Беркли смогли сконструировать «альтернативное» устройство — сверхкомпактный полупроводниковый лазер. Это устройство, названное его авторами гибридным плазмонным волноводом, способно генерировать лазерное излучение с длиной волны 489 нанометров и создавать пятно света размером всего пять нанометров, что почти в сто раз меньше предельной величины, получаемой при использовании традиционных лазеров.
Оба научных коллектива в своей работе удачно эксплуатировали удивительные свойства так называемых поверхностных плазмонов, квазичастиц-квантов колебаний плотности свободных электронов металла, распространяющихся вдоль его границы с диэлектриком. Руководители нового исследовательского проекта профессора университета Беркли Сян Чжан и Руперт Оултон придумали новаторскую схему, позволяющую решить основную проблему, на протяжении многих лет сдерживавшую практическую реализацию наноплазмонных технологий, — быстрое затухание коллективных колебаний свободных электронов на металлической поверхности (плазмонное рассеивание).
Группе Сян Чжана и Руперта Оултона удалось создать постоянное электромагнитное поле, поддерживающее устойчивое излучение поверхностных плазмонов при помощи хитроумной конструкции, состоящей из трех базовых компонентов: серебряной подложки, изоляционного диэлектрического слоя (фторида магния толщиной пять нанометров) и полупроводниковой нанонити из сульфида кадмия — генератора плазмонного излучения.
Под воздействием внешнего излучения (оптической накачки) полупроводниковая нанонить испускала фотоны, большая часть которых, в свою очередь, генерировала поверхностные плазмоны. Эти плазмоны циклически перемещались между концами нити, а также воздействовали на соседний слой диэлектрика, стимулируя его атомы испускать дополнительное световое излучение, то есть одновременно выполняли функцию усилителей.
Как показали результаты измерений, часть энергии плазмонов, производимой этой тройной структурой (гибридным плазмонным волноводом), преобразовывалась на концах нанонити в лазерные пучки с длиной волны 489 нанометров.
По словам Руперта Оултона, «нашей группе удалось продемонстрировать высокую эффективность плазмонного лазера и принципиальную возможность его использования в качестве наноаналога традиционных лазеров. Ультрамалая излучающая область этого источника позволит в будущем резко увеличить скорость оптических телекоммуникационных устройств, а благодаря его сверхкомпактным размерам в новых оптических компьютерах можно будет разместить на отдельных микросхемах тысячи таких миниатюрных световых трансмиттеров».
