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Surface Lattice Resonance Lasers with Epitaxial InP Gain Medium
ACS Photonics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2024-09-09 , DOI: 10.1021/acsphotonics.4c01236 Anna Fischer 1, 2 , Toby Severs Millard 1, 3 , Xiaofei Xiao 1 , T.V. Raziman 1, 4 , Jakub Dranczewski 1, 2 , Ross C. Schofield 1 , Heinz Schmid 2 , Kirsten Moselund 5, 6 , Riccardo Sapienza 1 , Rupert F. Oulton 1
ACS Photonics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2024-09-09 , DOI: 10.1021/acsphotonics.4c01236 Anna Fischer 1, 2 , Toby Severs Millard 1, 3 , Xiaofei Xiao 1 , T.V. Raziman 1, 4 , Jakub Dranczewski 1, 2 , Ross C. Schofield 1 , Heinz Schmid 2 , Kirsten Moselund 5, 6 , Riccardo Sapienza 1 , Rupert F. Oulton 1
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Surface lattice resonance (SLR) lasers, where the gain is supplied by a thin-film active material and the feedback comes from multiple scattering by plasmonic nanoparticles, have shown both low threshold lasing and tunability of the angular and spectral emission at room temperature. However, typically used materials such as organic dyes and QD films suffer from photodegradation, which hampers practical applications. Here, we demonstrate photostable single-mode lasing of SLR modes sustained in an epitaxial solid-state InP slab waveguide. The nanoparticle array is weakly coupled to the optical modes, which decreases the scattering losses and hence the experimental lasing threshold is as low as 94.99 ± 0.82 μJ cm2 pulse–1. The nanoparticle periodicity defines the lasing wavelength and enables tunable emission wavelengths over a 70 nm spectral range. Combining plasmonic nanoparticles with an epitaxial solid-state gain medium paves the way for large-area on-chip integrated SLR lasers for applications, including optical communication, optical computing, sensing, and LiDAR.
中文翻译：
具有外延 InP 增益介质的表面晶格谐振激光器
表面晶格共振 （SLR） 激光器的增益由薄膜活性材料提供，反馈来自等离子体纳米粒子的多次散射，在室温下显示出低阈值激光以及角度和光谱发射的可调性。然而，有机染料和 QD 薄膜等通常使用的材料会发生光降解，这阻碍了实际应用。在这里，我们展示了在外延固态 InP 板状波导中维持的 SLR 模式的光稳定单模激光。纳米粒子阵列与光学模式弱耦合，这降低了散射损失，因此实验激光阈值低至 94.99 ± 0.82 μJ cm2 脉冲–1。纳米粒子周期性定义了激光波长，并可在 70 nm 光谱范围内实现可调发射波长。将等离子体纳米颗粒与外延固态增益介质相结合，为大面积片上集成 SLR 激光器铺平了道路，这些激光器可用于光通信、光计算、传感和 LiDAR 等应用。
更新日期：2024-09-09
中文翻译：
具有外延 InP 增益介质的表面晶格谐振激光器
表面晶格共振 （SLR） 激光器的增益由薄膜活性材料提供，反馈来自等离子体纳米粒子的多次散射，在室温下显示出低阈值激光以及角度和光谱发射的可调性。然而，有机染料和 QD 薄膜等通常使用的材料会发生光降解，这阻碍了实际应用。在这里，我们展示了在外延固态 InP 板状波导中维持的 SLR 模式的光稳定单模激光。纳米粒子阵列与光学模式弱耦合，这降低了散射损失，因此实验激光阈值低至 94.99 ± 0.82 μJ cm2 脉冲–1。纳米粒子周期性定义了激光波长，并可在 70 nm 光谱范围内实现可调发射波长。将等离子体纳米颗粒与外延固态增益介质相结合，为大面积片上集成 SLR 激光器铺平了道路，这些激光器可用于光通信、光计算、传感和 LiDAR 等应用。
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