基于石墨烯双曲色散腔中回音廊共振的纳米激光器

作     者：李艳 钟发成 褚博 邵立 王俊俏 万明杰 杨鹏 王妍妍 丁佩 曾凡光 于占军 许坤 杜银霄 霍海波 陈卓 王振林 LI Yan;ZHONG Fa-Cheng;CHU Bo;SHAO Li;WANG Jun-Qiao;WAN Ming-Jie;YANG Peng;WANG Yan-Yan;DING Pei;ZENG Fan-Guang;YU Zhan-Jun;XU Kun;DU Yin-Xiao;HUO Hai-Bo;CHEN Zhuo;WANG Zhen-Lin

作者机构：郑州航空工业管理学院材料学院郑州450046 郑州大学物理学院郑州450052 中国计量大学光学与电子科技学院杭州310018 南京大学物理学院南京210093 

基　　金：国家自然科学基金(编号:11704344,11904344,11847099,11947089,61704156) 河南省科技攻关项目(编号:202102210052,182102210451,192102210002) 航空科学基金(编号:2019ZF055002,2017ZC55006) 河南省自然科学基金(编号:212300410414)资助项目 

出 版 物：《中国科学：物理学、力学、天文学》 (Scientia Sinica Physica,Mechanica & Astronomica)

年 卷 期：2021年第51卷第10期

页      码：118-129页

摘      要：本文设计并研究了基于石墨烯球形双曲色散超材料腔(由多层石墨烯和介质交替包裹介质核组成)中回音廊共振的纳米激光器.首先说明该石墨烯-介质核壳结构具有双曲型色散关系,支持共振波长远大于腔尺寸的回音廊模式,能够把电场局域在深度亚波长的区域.另外,由于该腔支持多个不同阶次的偶极回音廊共振,并能够在不同介质层中形成强约束电场,具有高Purcell因子.因此,通过在相应的介质层引入增益,可实现多波长激射,且阈值较低.对于直径404 nm的腔,在32.3μm的激射阈值仅为80.6 cm-1.进一步说明通过改变介质折射率、石墨烯费米能级或石墨烯/介质层对数,还能够实现激射波长的宽带调谐.最后说明对于仅由2对石墨烯/介质层组成的回音廊共振腔,最大共振波长和直径比也达到约50倍,相应的激射阈值仅90.74 cm-1.该纳米激光器兼备了深度亚波长、低阈值和宽带可调谐等特性,有望在太赫兹集成器件中发挥重要的应用.

主 题 词：Mie散射 石墨烯双曲色散腔 回音廊共振 纳米激光器 

学科分类：080901[080901] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 080401[080401] 0804[工学-材料学] 0803[工学-仪器类] 

核心收录：

D　O　I：10.1360/SSPMA-2021-0102

馆 藏 号：203105011...