Letter 光学：ディープサブ波長スケールのプラズモンレーザー 2009年10月1日 Nature 461, 7264 doi: 10.1038/nature08364 レーザー科学の分野は、コヒーレント光源の高出力化、高速化、小型化に成功してきた。最近の進展の例としては、フォトニック結晶や金属クラッド共振器、ナノワイヤーを用いた、回折限界に達しうる微小レーザーが挙げられる。しかし、そのようなレーザーは、光学モードの大きさと物理的なデバイス寸法の両方が光場の半波長よりも大きいという制限がある。このことは、回折限界をはるかに超える、ナノメートルスケールのコヒーレント光場を直接発生できる超小型レーザー実現の重要な基本的課題として残っている。この問題に取り組む方法の1つは、光を強く局在化できる表面プラズモンの使用である。しかしこれまで、光周波数での抵抗損失によって、そのような方法に基づく真のナノメートルスケールレーザーの実現は妨げられてきた。最近の理論的研究で、そのような損失は、ハイブリッドプラズモン導波路で非常に小さいモードを維持しながら、大幅に抑制可能であると予測された。今回我々は、回折限界の100分の1の光学モードを発生させるナノメートルスケールのプラズモンレーザーを実験で実証したことを報告する。厚さ5 nmの絶縁体ギャップによって銀表面から隔てられた高利得硫化カドミウム半導体ナノワイヤーからなるハイブリッドプラズモン導波路を用いて、そのようなレーザーを実現した。発光寿命の直接測定から、ナノワイヤーの励起子自然放出レートの強いモード閉じ込めによる最高6倍までの広帯域増強と、見かけ上閾値のないレーザー発振の特徴が明らかになった。プラズモンモードはカットオフがないため、デバイスと光学モードの両方の横方向寸法を縮小できる。したがって、プラズモンレーザーは、光と物質による極限の相互作用を探究する可能性をもたらし、フォトニック能動回路、バイオセンシング、量子情報技術といった分野に新たな道を開く。 Full Text PDF 目次へ戻る
