Adv. Mater. : 深圳大学利用ZnO-石墨烯超晶格实现拉曼纳米激光器新特性

【引语】

随着纳米光技术如芯片级光通讯、生物医学成像的发展，人们对激光的研究进入到亚波长范围。亚波长激光如纳米激光的发展主要基于表面等离子体增强发射光技术。但一般的纳米激光波长固定，限制了其应用，而拉曼光散射能将泵浦光转变到新的波长，发展新型拉曼纳米激光可以得到波长可调的纳米激光，有可能在应用上取得创新性的突破。

【成果简介】

深圳大学朱海欧博士、阮双琛教授（通讯作者）团队采用空间限域生长法合成了一种新型ZnO-石墨烯超晶格材料，这种ZnO-石墨烯超晶格可以在可见到近红外波段较宽的波长范围激发出表面等离子体，光激发该超晶格材料可以得到波长可调的拉曼纳米激光。

【图文导读】

图1 : ZnO-石墨烯超晶格材料的表征

图a : ZnO-石墨烯超晶格材料的XRD图像，以及材料的微观结构示意图

图b : 该超晶格材料薄片基面的HRTEM图像。

图c : 该超晶格材料薄片横截面边缘的HRTEM图像

图d : 该超晶格材料的SAED图形

图二 : ZnO-石墨烯超晶格材料的拉曼表征和能级图

图a : ZnO的拉曼光谱

图b-f  : 在不同波长入射激光下ZnO-石墨烯超晶格的激光光谱,a(488)，b(514)，c(568)，e(647)，f(785)，单位：nm

图g : 拉曼散射过程中的能级图，振动模式V₁-V₄对应于（a）图中的V₁-V₄，，图中的四个散射光子对应于图（b-f）中的拉曼激光信号E₁-E₄

图三  ：激光器性能表征和温度特性

图a : 通过波长在514.5nm的半导体二极管激光器在不同泵浦功率密度下的激光光谱

图b : 图中L-L曲线展示了在室温下四种激光模式（E₁-E₄）的输出功率是泵浦功率的函数

图c : 不同泵浦功率强度下的相应的峰值线宽

图d : 展示了从80K-300K四种激光模式（E₁-E₄）的激光行行为与温度之间依赖关系

图四 ：测试和结果分析

图a : 采用Kretschmann 结构的ZnO-石墨烯超晶格的表面等离激元共振的示意图

图b : 采用Kretschmann 结构的ZnO-石墨烯超晶格表面等离激元共振反射谱。曲线由实验数据四阶拟合而成

图c : ZnO-石墨烯超晶格中无阈值拉曼纳米激光器 强烈的方向选择性

【小结】

该拉曼纳米激光具有无阈值、可室温操作、激光波长可调、激光波长覆盖范围广—从可见光到近红外光的波段等特点，有希望在纳米光技术上如生物医学成像等方面取得应用上的新突破。

文献连接 ：A Thresholdless Tunable Raman Nanolaser using a ZnO–Graphene Superlattice (Adv. Mater. , 2016, DOI: 10.1002/adma.201604351 )

通讯作者简介

阮双琛，男，教授。分别于1986和1989年在西北大学获学士、硕士学位，2004年在天津大学获博士学位。1993年至1994年在英国帝国理工学院进修。1994年晋升为教授。长期从事光纤激光器、光纤非线性特性和超快光学器件研究，发表论文100余篇。合作编有《汉英光学与光通信词汇》一书，于2004年由科学出版社出版；合作著有《光纤传感技术新进展》一书，于2005年由科学出版社出版。获国家发明专利授权11项，实用新型授权20项。 获国家科技进步三等奖1次，省部级科技进步一等奖1次、二等奖4次，三等奖2次。曾荣获全国优秀教师、深圳市劳动模范、深圳市十大杰出青年、中国科学院十大杰出青年称号。荣获中国科学院青年科学家奖二等奖、第六届中国青年科技奖、中国光学学会科技奖（王大珩光学奖），入选新世纪百千万人才工程国家级人选。1995年享受国务院政府特殊津贴。

本文由材料人电子电工学术组徐瑞供稿，材料牛整理编辑。