金納米粒子可以產生超快激光脈衝

一項新的研究表明，有機染料與金屬納米結構相結合，可以提供超快的激光動力學，產生超快激光脈衝（Nano Letters, "Ultrafast Pulse Generation in an Organic Nanoparticle-Array Laser"）。

「我們想知道我們能夠以多快的速度打開和關閉我們的激光設備。 快速生成激光脈衝在信息處理中非常有用，並且可以提高一些光電子器件的響應速度。」阿爾託大學博士後研究員Konstantinos Daskalakis解釋說。

實驗中使用的樣品由置於玻璃上的金納米顆粒製成，並浸泡在有機發光材料中。 納米粒子互相非常靠近地排列在正方形的陣列中。 圍繞這些粒子的電場產生了很高的場強，從而加速有機染料中的分子動力學。

圖示是納米粒子陣列激光器可以產生一萬億分之一秒的激光脈衝。（圖片來源：Konstantinos Daskalakis）

電磁場和導電的金粒子彼此相互作用，並與有機染料相互作用，產生一種超快的定向激光脈衝，其長度為一萬億分之一秒。

生成這種類型的激光器有望用於全光開關和感測，並有可能提高光通信的速度以及使用光處理信息的設備的的性能，比如照相機和晶體管。

非常小的納米激光器通常不能提供清晰的定向光束。在陣列中排列納米顆粒可大大提高方向性。在世界上的幾個實驗室中已經搭建了這種激光器，但是在阿爾託大學進行的實驗之前，它們產生的超快脈衝的潛力尚未得到證實。

測量脈衝特性的要求非常高，因為它們的速度非常快。

「這裡的關鍵成就是我們成功地通過實驗證明了激光脈衝確實是超快的。在光和金屬中的電子運動的混雜光學模式中產生激光。這些模式被稱為表面晶格共振。」研究院教授P?iviT?rm?解釋道。

激光首先被金屬納米顆粒壓縮成亞波長尺寸，然後作為集中的激光脈衝以皮秒速度從表面晶格共振模式中逃逸。

博士生AaroV?kev?inen說：「這類金屬納米粒子陣列激光器非常適合用於以高調製速度產生脈衝激光輻射。」

納米粒子陣列激光器產生的脈衝非常快，以至於沒有傳統的電子攝像機能夠捕捉到它的動態。研究人員將另一台激光器用作「照相機」，拍攝非常快速的微型激光器照片。該方法被稱為泵浦探針光譜學。

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