Исследователи разрабатывают плазмонный усилитель

Исследователи из Университета Исландии, Университета Кельна и Института Фраунгофера в Йене продемонстрировали чисто оптическое усиление в плазмонном волноводе.

Результат представляет важное достижение в области плазмоники. Оптическое усиление является единственной реальной стратегией для распространение света на большие расстояния, когда он ограничен плазмонным режимом. Достижение макроскопических расстояний распространения волн в поверхностной плазме является важным для многих приложений рождающейся плазмонной технологии, от компактных коммуникационных устройств и оптических вычислений до исследования клеток, вирусов и даже отдельных молекул.

Исследования в плазмонике, относительно новой области оптики, привлекли внимание в последнее десятилетие. Этот интерес в основном стимулирован фактом, что поверхностные плазмоны, распространяющиеся на границе между металлом и диэлектриком, позволяют ограничить оптическую энергию до объемов, которые значительно меньше, чем достижимые с помощью традиционных диэлектрических волноводов, таких как оптоволокно.

Кроме чисто фундаментального интереса, сконцентрированная оптическая энергия может быть использована как нанозонд для измерений в области физики твердого тела, химии и биологии. Однако в обычных условиях оптическая энергия распространяется в плазмонных волноводах на очень короткие расстояния и поглощается за счет омических потерь в металле.

Хотя применяя специальные конструкции можно до некоторой степени увеличить полезную длину плазмонных волноводов, широко принято мнение, что проблему можно полностью решить с помощью механизма, который непрерывно усиливает свет по мере его распространения вдоль волновода.

Однако встраивание такого плазмонного усиления является сложной задачей. Команда исследователей из Университета Исландии, Гарвардкого университета, Университета Кельна и Института Фраунгофера разработала структуру, которая обеспечивает достаточное усиление, чтобы преодолеть свойственное плазмонному волноводу поглощение. Фактически оптического усиления достаточно для обеспечения прохождения света вдоль волновода. Исследователи использовали структуру, содержащую ультратонкую золотую фольгу, которая встраивалась во флуоресцентный полимер, оптически накачанный лазерным источником. Структура разрабатывалась, чтобы служить каналом для света, генерируемого флуоресцентным полимером, в плазмонный волновод. По мере того как плазмонная волна распространялась вдоль волновода, ее интенсивность увеличивалась стимулированным излучением флуоресцентного полимера.

«Ключевым достижением нашей работы явилось то, что мы нашли способ встроить плазмонный волновод в усиливающий флуоресцентный полимер, практически без нарушения свойств волновода», - объяснил Малте Гатер (Malte Gather), один из исследователей.