基于石墨烯双曲色散腔中回音廊共振的纳米激光器

Nanolasers based on whispering-gallery resonances in graphene cavities with hyperbolic dispersion

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中文摘要：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32.3 μm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90.74cm-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.

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

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作者单位：

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

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关键词：

Mie散射石墨烯双曲色散腔回音廊共振纳米激光器

基金：

国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金河南省科技攻关项目河南省科技攻关项目河南省科技攻关项目航空科学基金航空科学基金河南省自然科学基金

项目编号：

11704344119043441184709911947089617041562021022100521821022104511921022100022019ZF0550022017ZC55006212300410414

出版年：

2021

DOI：

10.1360/SSPMA-2021-0102

中国科学(物理学力学天文学)

中国科学院

中国科学(物理学力学天文学)

CSTPCDCSCD北大核心

影响因子：0.644

ISSN：1674-7275

年,卷(期)：2021.51(10)

参考文献量51