Участие в Конференции SPIE 2018

4 мая 2018 года

Доклад и публикация ученых НОЦ ФМН на тему «Остросфокусированный плазмонный нанолазер на основе высокоэффективного фотонного кристалла из тонкой пленки благородного металла».

Фундаментальной проблемой интеграции фотонных элементов является проблема локализации света и создания нанолокализованных источников лазерного излучения. Новый подход в миниатюризации лазеров – это подход, основанный на использовании плазмонных полей вместо фотонных. Плазмоны возникают в результате взаимодействия колебаний электронной плотности и электромагнитных полей, которые их возбуждают. Соответственно, электромагнитные эффекты, вызванные этими полями, возникают в субволновой области вблизи поверхностей, а именно в нанометровом диапазоне. Следовательно, подход позволяет преодолеть дифракционное ограничение на размер лазера.

Плазмонный нанолазер представляет собой наноразмерный (как минимум в одном измерении) квантовый генератор нанолокализованных когерентных плазмонных полей. Наномасштабный плазмонный нанолазер во всех трех измерениях имеет другое название: СПАЗЕР (SPASER: Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation – «поверхностное плазмонное усиление за счет вынужденного излучения»). Его устройство представляет собой топологию, изготовленную в металлической тонкой пленке. Точность изготовления топологии и диэлектрические свойства металла являются критическими факторами при определении производительности любого плазмонного устройства. Неоднородности поверхности и морфологии должны быть сведены к минимуму, чтобы избежать рассеяния SPP (поверхностного плазмон поляритона) во время распространения и анизотропии травления. Кроме того, чтобы улучшить оптические свойства и уменьшить потери, металл должен иметь высокую проводимость и низкое оптическое поглощение. Некоторые исследователи сосредоточились на разработке новых материалов с низкими потерями (нитриды, высоколегированные полупроводники, оксиды полупроводников или двумерные материалы), но серебро и золото остаются наиболее часто используемыми материалами в оптике и плазмонике благодаря самым низким оптическим потерям в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне длин волн. Наша команда представила плазмонный нанолазер на основе ультрагладких серебряных пленок.

Наноразмерная структура в металлических пленках обычно изготавливается двухстадийным способом. Сначала металлы с помощью испарения или распыления наносят на подложку, после чего с помощью бомбардировки сфокусированным ионным пучком или электронно-лучевой литографии и сухого травления формируется топология. Если нанесенные пленки являются поликристаллическими, скорости травления варьируются в зависимости от ориентаций и границ зерен. Таким образом, формируемые структуры топологии могут отличаться друг от друга. Одним из возможных решений является осаждение пленок монокристаллических металлов, которые будут травиться более равномерно, что приведет к получению точно изготовленных структур. Другой подход основан на получении поликристаллической пленки с крупными зернами (>300 нм). Представленные в работе серебряные пленки показали сверхнизкие потери (40 см−1). Изготовленный с применением этого подхода плазмонный лазер продемонстрировал генерацию на длине волны 628 нм с шириной линии 1,7 нм и направленностью 1,3˚.


Highly directional.png


Бабурин А.С., Иванов А.И., Трофимова И.В., Доброносова А.А., Мелентьев П.Н.



Highly directional plasmonic nanolaser based on highperformance noble metal film photonic crystal


Alexander S. Baburin, Anton I. Ivanov, Igor V. Trofimov, Alina A. Dobronosova, Pavel N. Melentiev


SPIE Europe 2018


http://spie.org/Publications/Proceedings/Paper/10.1117/12.2307572?SSO=1

 

Все новости
Новая статья в Coatings Опубликована работа
Новая статья в Coatings
В НОЦ ФМН созданы серебряные пленки, улучшающие свойства с течением времени. Материал найдет применение в области нанофотоники, оптики, квантовых вычислений и коммуникаций.