6月4日消息，據外媒報道，一個(ge) 國際研究人員團隊宣布開發出世界上較緊湊、尺寸較小的半導體(ti) 激光器，該激光器可在室溫下的可見光範圍內(nei) 工作。據作者介紹，該激光器是隻有310納米大小的納米粒子(比毫米小3000倍)，可以在室溫下產(chan) 生綠色相幹光。該研究文章發表在ACS Nano上。

　　六十年前的五月中旬，美國物理學家西奧多·邁曼(Theodor Maiman)演示了第一台光學量子發生器——激光器的工作原理。現在，一個(ge) 國際科學家團隊(其中大部分來自ITMO大學)報告說，他們(men) 已通過實驗研發出了世界上較緊湊的半導體(ti) 激光器，該激光器在室溫下的可見光範圍內(nei) 工作，這意味著它產(chan) 生的相幹綠光可以很容易地被記錄下來，甚至可以用標準光學顯微鏡用肉眼看到。

　　鈣鈦礦納米顆粒作為(wei) 激光器材料的獨特性

　　科學家成功地開發了可見帶的綠色部分，這對於(yu) 納米激光器來說有著重要的意義(yi) 。這篇文章的首席研究員、ITMO大學物理與(yu) 工程學院教授謝爾蓋·馬卡羅夫說：“在現代發光半導體(ti) 領域，存在著‘綠色間隙’問題，‘綠色間隙’意味著用於(yu) 發光二極管的傳(chuan) 統半導體(ti) 材料的量子效率在光譜的綠色部分顯著下降。這個(ge) 問題使由傳(chuan) 統半導體(ti) 材料製成的室溫納米激光器的開發變得複雜。”

　　在此情況下，研究小組選擇了鹵化物鈣鈦礦作為(wei) 納米激光器的材料。傳(chuan) 統激光器由兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵元件組成：一個(ge) 是允許產(chan) 生相幹受激發射的有源介質，另一個(ge) 是有助於(yu) 將電磁能量長期限製在內(nei) 部的光學諧振器。鈣鈦礦能同時提供這兩(liang) 種特性：一種特定形狀的納米顆粒既可以作為(wei) 活性介質，也可以作為(wei) 有效的諧振器。

　　結果，科學家成功地製造了310納米大小的立方體(ti) 形狀的粒子，當它被飛秒激光脈衝(chong) 激發時，可以在室溫下產(chan) 生激光輻射。

　　ITMO大學的初級研究員、論文的合著者Ekaterina Tiguntseva說：“我們(men) 使用飛秒激光脈衝(chong) 泵浦納米激光，輻照了孤立的納米粒子，直到達到特定泵浦強度的激光產(chan) 生閾值為(wei) 止，之後，納米粒子開始像典型的激光一樣工作。我們(men) 證明了這種納米激光可以在至少一百萬(wan) 次激發周期內(nei) 工作。”

　　最小半導體(ti) 激光器的優(you) 勢

　　此次所研製的納米激光器的獨特性不僅(jin) 限於(yu) 其體(ti) 積小，新設計的納米顆粒能夠有效限製受激發射能量，從(cong) 而為(wei) 產(chan) 生激光提供足夠高的電磁場放大率。

　　ITMO大學的初級研究員、該文的合著者之一Kirill Koshelev解釋說：“我們(men) 的想法是，激光產(chan) 生是一個(ge) 閾值過程。你用激光脈衝(chong) 激發納米顆粒，在外部光源的特定“閾值”強度下，粒子開始產(chan) 生激光發射。如果你不能把光限製在足夠好的範圍內(nei) ，就不會(hui) 有激光發射。在先前使用其他材料和係統但具有相似思想的實驗中，表明可以使用四階或五階Mie共振，即光波長處的共振，材料內(nei) 部以激光產(chan) 生的頻率適合諧振腔體(ti) 積的四到五倍。我們(men) 已經證明我們(men) 的納米粒子支持三階Mie共振，這是以前從(cong) 未做過的，換句話說，我們(men) 可以在諧振器尺寸等於(yu) 材料內(nei) 部三個(ge) 光波長的條件下產(chan) 生相幹激發發射。”

　　值得注意的是，不需要施加外部壓力或非常低的溫度來使納米顆粒用作激光器，研究中描述的所有影響都是在正常的大氣壓和室溫下產(chan) 生的。這使該技術對於(yu) 專(zhuan) 注於(yu) 創建光學芯片、傳(chuan) 感器和其他使用光來傳(chuan) 輸和處理信息的設備的專(zhuan) 家具有吸引力，其中包括用於(yu) 光學計算機的芯片。

　　在可見光範圍內(nei) 工作的激光的好處是，在所有其他特性相同的情況下，它們(men) 比具有相同特性的紅色和紅外光源小。事實是，小型納米顆粒激光器的體(ti) 積通常與(yu) 發射的波長具有立方關(guan) 係，並且由於(yu) 綠光的波長比紅外光的波長小三倍，因此小型化的極限對於(yu) 綠光激光器要大得多，這對於(yu) 為(wei) 未來的光學計算機係統生產(chan) 超緊湊組件至關(guan) 重要。