Adv. Mater. : 深圳大學利用ZnO-石墨烯超晶格實現拉曼納米激光器新特性

【引語】

隨著納米光技術如芯片級光通訊、生物醫學成像的發展，人們對激光的研究進入到亞波長范圍。亞波長激光如納米激光的發展主要基于表面等離子體增強發射光技術。但一般的納米激光波長固定，限制了其應用，而拉曼光散射能將泵浦光轉變到新的波長，發展新型拉曼納米激光可以得到波長可調的納米激光，有可能在應用上取得創新性的突破。

【成果簡介】

深圳大學朱海歐博士、阮雙琛教授（通訊作者）團隊采用空間限域生長法合成了一種新型ZnO-石墨烯超晶格材料，這種ZnO-石墨烯超晶格可以在可見到近紅外波段較寬的波長范圍激發出表面等離子體，光激發該超晶格材料可以得到波長可調的拉曼納米激光。

【圖文導讀】

圖1 : ZnO-石墨烯超晶格材料的表征

圖a : ZnO-石墨烯超晶格材料的XRD圖像，以及材料的微觀結構示意圖

圖b : 該超晶格材料薄片基面的HRTEM圖像。

圖c : 該超晶格材料薄片橫截面邊緣的HRTEM圖像

圖d : 該超晶格材料的SAED圖形

圖二 : ZnO-石墨烯超晶格材料的拉曼表征和能級圖

圖a : ZnO的拉曼光譜

圖b-f ?: 在不同波長入射激光下ZnO-石墨烯超晶格的激光光譜,a(488)，b(514)，c(568)，e(647)，f(785)，單位：nm

圖g : 拉曼散射過程中的能級圖，振動模式V₁-V₄對應于（a）圖中的V₁-V₄，，圖中的四個散射光子對應于圖（b-f）中的拉曼激光信號E₁-E₄

圖三? ：激光器性能表征和溫度特性

圖a : 通過波長在514.5nm的半導體二極管激光器在不同泵浦功率密度下的激光光譜

圖b : 圖中L-L曲線展示了在室溫下四種激光模式（E₁-E₄）的輸出功率是泵浦功率的函數

圖c : 不同泵浦功率強度下的相應的峰值線寬

圖d : 展示了從80K-300K四種激光模式（E₁-E₄）的激光行行為與溫度之間依賴關系

圖四 ：測試和結果分析

圖a : 采用Kretschmann 結構的ZnO-石墨烯超晶格的表面等離激元共振的示意圖

圖b : 采用Kretschmann 結構的ZnO-石墨烯超晶格表面等離激元共振反射譜。曲線由實驗數據四階擬合而成

圖c : ZnO-石墨烯超晶格中無閾值拉曼納米激光器 強烈的方向選擇性

【小結】

該拉曼納米激光具有無閾值、可室溫操作、激光波長可調、激光波長覆蓋范圍廣—從可見光到近紅外光的波段等特點，有希望在納米光技術上如生物醫學成像等方面取得應用上的新突破。

文獻連接 ：A Thresholdless Tunable Raman Nanolaser using a?ZnO–Graphene Superlattice (Adv. Mater. , 2016, DOI: 10.1002/adma.201604351 )

通訊作者簡介?

阮雙琛，男，教授。分別于1986和1989年在西北大學獲學士、碩士學位，2004年在天津大學獲博士學位。1993年至1994年在英國帝國理工學院進修。1994年晉升為教授。長期從事光纖激光器、光纖非線性特性和超快光學器件研究，發表論文100余篇。合作編有《漢英光學與光通信詞匯》一書，于2004年由科學出版社出版；合作著有《光纖傳感技術新進展》一書，于2005年由科學出版社出版。獲國家發明專利授權11項，實用新型授權20項。 獲國家科技進步三等獎1次，省部級科技進步一等獎1次、二等獎4次，三等獎2次。曾榮獲全國優秀教師、深圳市勞動模范、深圳市十大杰出青年、中國科學院十大杰出青年稱號。榮獲中國科學院青年科學家獎二等獎、第六屆中國青年科技獎、中國光學學會科技獎（王大珩光學獎），入選新世紀百千萬人才工程國家級人選。1995年享受國務院政府特殊津貼。

本文由材料人電子電工學術組徐瑞供稿，材料牛整理編輯。

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