基於雙球微腔耦合的線性偏振單模激射研究

2020-11-27 科學網

 

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所雷射與紅外材料實驗室研究員張龍、董紅星領銜的微結構光物理研究團隊與華東師範大學、南京航天航空大學合作，在耦合雙球微腔中獲得高品質、穩定的線性偏振單模雷射。相關研究成果作為當期封面文章發表在[Nanoscale, 12, 5805(2020)]。

 

微納結構光學微腔在微型光電子集成器件以及雷射顯示領域具有重要應用，目前已經在許多方面取得很大進展，如超靈敏傳感器、分束器、低閾值微腔雷射器以及模式數可調控微腔雷射器。作為評價微腔雷射光束質量的其中一個重要指標，激射的偏振特性卻並沒有獲得足夠的重視和研究。微納結構微腔雷射與傳統的可添加偏振片或引入偏振種子光束的傳統雷射器不同，微腔中的激射是以不具有偏振特性的自發輻射作為「種子光」，這使得激射的偏振度普遍較低。基於遊標效應既能減少激射的模式數又能對偏振方向進行一定的篩選，是提高激射偏振度的有效辦法。

 

研究團隊利用鈣鈦礦雙球微腔進行耦合，通過遊標效應成功將耦激射的偏振度從～0.2提升至0.78。當雙球微腔間距為～30 nm時，產生光場相互作用獲得了低閾值（4.09μJ/cm2）、高偏振度（0.78）的單模激射，並且該激射可以在1.4倍閾值功率泵浦下以相對強度1維持55分鐘（～7.2×104泵浦激勵循環）。此外，還分析了單個和耦合微球的模態分布，解析了耦合前後諧振的物理圖像。在遊標效應作用下，由於簡併模式的減少和TE與TM模式耦合效率的差異，激射的偏振度得到大幅度提高。相關成果對於促進微納結構光學微腔雷射的基礎及應用研究具有重要意義。

 

該項工作得到國家自然科學基金和上海市青年拔尖人才項目的支持。（來源：中國科學院上海光學精密機械研究所）

 

 

 

圖1 該工作被入選Nanoscale封面文章

 

 

圖2 雙球微腔耦合前後激射的偏振特性

 

 

 

 

 

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