電漿子雷射把光壓縮了
- 上線日期：2009/10/9 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家宣稱製作出史上最小的半導體雷射。這個奈米級元件產生的光束直徑只有5 nm，較一般雷射小了100倍。此創舉有助多項應用的發展，諸如以光而非電來處理資訊的光腦(optical computer)、生物感測器與奈米光路等。
由於繞射之故，光通常無法聚焦到小於半波長的範圍內。然而，近年來科學家將光與金屬表面集體振盪的電子耦合,形成表面電漿極化聲子(surface plasmon polariton, SPP)，成功將光點壓縮到奈米尺度。先前利用SPP製作奈米電漿子雷射失敗的原因，在於金屬本身的電阻會吸收SPP，使SPP幾乎一產生就立刻被吸收，且越靠近金屬表面情況越糟。
為了克服此問題，加州大學柏克萊分校的Xiang Zhang等人建構一個由5 nm厚絕緣體隔開硫化鎘(cadmium sulphide)半導體奈米線與銀表面的混合元件，稱為混合型電漿波導(hybrid plasmonic waveguide)，它能將光聚集到比繞射極限小100倍的區域內。由於波導為非金屬，SPP可以存活較久長，研究人員再透過照光將SPP放大。
該團隊的Rupert Oulton表示，以奈米線做為奈米級光束的放大器，是將奈米級光科學轉變成科技的重要里程碑。更令人振奮的是它是在半導體材料上展示，因此與現行電子元件工程技術完全相容。
此研究最吸引人的是奈米級光源的應用。由於光與物質間的相互作用被強化了，即使非常微弱的效應也能被檢測到，因此可用來進行極靈敏的生醫檢測(biodetection)。而電漿子雷射的高效率使其能像傳統雷射一樣運作，極小的光源可提昇光通訊的速度，微小的體積則有利於將數千個微小光發射器整合到單一晶片上，使光處理不再遙不可及。
為了實用起見，柏克萊團隊計畫利用電流而非光來激發雷射。與此元件同屬奈米雷射的還有稍早由由普度(Purdue)、康乃爾及諾福克州立(Norfolk State)大學共同研發的"spaser"，他們是將染料耦合到直徑44 nm的金球並浸泡在溶液中，當球體照光時便會產生表面電漿子。有趣的是，這兩個奈米雷射研究幾乎是在雷射發明五十週年的前夕同時發表。詳見Nature DOI:10.1038/nature08364。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/40267
譯者:謝德霖(逢甲大學光電學系)
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