含共振原子介质的负折射率超材料中弱表面等离极化激元的相干放大与激射
光学
2021-02-12 v1
摘要
表面等离极化激元(SPPs)激射需要粒子数反转,效率低且光谱特性差。我们提出了一种无反转的量子等离激元波导概念,利用辐射的单向超辐射 SPP 发射来产生强相干表面等离激元束。我们的方案包括置于超低损耗负折射率超材料~(NIMM)层上方的无损介质中的共振驱动冷原子介质。我们提出在原子介质与 NIMM 层界面内产生等离激元场的单向超辐射辐射,并通过在超辐射 SPP 波与耦合激光场间引入相位匹配来实现放大的 SPPs。我们还在弱调制等离激元场与原子系综集体振荡之间建立参数共振,从而抑制稳定放大的定向极化激元模的退相干。我们的方法结合原子介质的量子增益,获得超辐射 SPP 波相干放大的充分条件,并探究该方法用于与弱极化激元波耦合的原子介质的量子动力学。我们的波导构型充当表面等离激元激光器和量子等离激元晶体管,并为设计用于量子与纳米光子学应用的可控纳米尺度激光器开辟了前景。
引用
@article{arxiv.2010.07567,
title = {Coherent amplification and lasing of weak surface-plasmon polaritons in a negative-index metamaterial with a resonant atomic medium},
author = {Saeid Asgarnezhad-Zorgabad},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.07567},
year = {2021}
}