基于石墨烯双曲色散腔中回音廊共振的纳米激光器

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.

关键词：Mie散射;石墨烯双曲色散腔;回音廊共振;纳米激光器

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资助基金：国家自然科学基金;河南省科技攻关项目;航空科学基金;河南省自然科学基金

在线出版日期：2021-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：118-129