哈尔滨工业大学肖淑敏课题组：基底调控的混合模式表面等离子体激光

哈尔滨工业大学的肖淑敏教授课题组利用有机-无机钙钛矿材料的柔性和高增益特性，通过调控基底形貌，在不损伤材料增益特性的同时，实现了形状可控的混合表面等离子模式激光。

基于在生物检测、光互连等领域的应用，设计更小体积、更低阈值的激光器一直是人们追求的目标。然而，基于光学谐振腔的传统激光器无法逾越其半波长极限，使微纳米激光器在尺度上无法继续缩小。

为此，人们尝试了多种方法打破这一限制。近年来，人们利用金属表面等离子体和光子耦合，基于混合模式表面等离子体的亚波长尺度激光器的研究取得了长足进展。通过在增益介质和金属衬底间镀上一层薄（一般几个纳米）的低折射率介质材料，金属表面的等离子体和增益材料中的光子能够相互耦合，形成的混合模式光场能量大部分局域在中间介质层中。然而，这种亚波长尺度激光器的谐振腔一般由增益材料提供，即谐振模式由增益材料自身的几何形状决定。另一方面，制备好的样品出射波长一般也是固定的，混合模式表面等离子体激光在实际应用中具有很大的局限性。

图1. 钙钛矿/介质/金属微盘构成的混合模式表面等离子体激光器

近日，哈尔滨工业大学（深圳）的肖淑敏教授（点击查看介绍）团队设计了一种由金属基底形状来调控混合模式表面等离子体激光谐振机制的方案，其原理如图1所示。实验过程中，他们首先制备了传统的钙钛矿薄片/介质/金属薄膜衬底系统，并利用厚度测量、光学偏振和瞬态时间响应测量验证了混合模式的表面等离子体激光，随后他们制备了圆形金属/介质基底，将碘化铅薄片转移覆盖到制备好的基底上，利用化学气相沉积的方法将碘化铅薄片转化成钙钛矿材料。由于钙钛矿薄片具有柔性，薄片能和基底紧密接触，从而便可通过设计的基底几何形状的调控得到理想的谐振模式，部分实验结果展示在图2中。

图2. 钙钛矿/介质/金属微盘样品的形貌表征及光学测量

该课题组进一步将基底设计成周期性的阵列结构，通过类似的实验流程得到混合模式表面等离子体激光器阵列（图3）。有趣的是，样品制备好以后，作者通过化学气相沉积的方法，可改变制备好的钙钛矿样品的阴离子配比，其出射波长也能实现准确的控制，对于混合模式表面等离子体激光的实际应用也具有很大的价值。

图3. 钙钛矿薄片覆盖在周期性金属/介质基底上形成的混合模式激光阵列

该成果发表在ACS Nano 上，文章的第一作者是哈尔滨工业大学（深圳）的博士研究生黄灿，肖淑敏教授是该工作的通讯作者。相关工作得到深圳市基础研究项目、深圳市航空航天微纳器件制备与检测公共服务平台及深圳市有机-无机钙钛矿器件工程实验室的资助。

该论文作者为：Can Huang, Wenzhao Sun, Yubin Fan, Yujie Wang, Yisheng Gao, Nan Zhang, Kaiyang Wang, Shuai Liu, Shuai Wang, Shumin Xiao and Qinghai Song

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Formation of Lead Halide Perovskite Based Plasmonic Nanolasers and Nanolaser Arrays by Tailoring the Substrate

ACS Nano, 2018, 12, 3865, DOI: 10.1021/acsnano.8b01206

导师介绍

肖淑敏

http://www.x-mol.com/university/faculty/44760