基于纳米壳层的等离激元纳米激光器 spaser 的发射动力学与光谱
光学
2025-10-07 v4
摘要
本文从理论上研究了由有源核心（增益材料）和等离激元金属壳层构成的单个纳米壳层 spaser 纳米粒子（或称等离激元纳米激光器）的发射与激光特性。基于将增益与金属的时间相关方程耦合在一起的解析框架，我们借助不稳定性分析计算了激光阈值。我们表征了阈值以下的区域，在此区域中，当被入射探测场激发时，纳米壳层表现为光学放大器。随后，通过计算系统在瞬态和最终稳态下的动力学，我们深入研究了在自治条件下（无外部驱动的自由激光）阈值以上的非线性激光区域。我们表明，在阈值处，激光仅从单一频率开始，通常是纳米壳层的某个等离激元共振频率；随后随着增益进一步提高，发射扩展至其他频率。这与以往文献中的发现显著不同，后者在阈值以上仅发现单一发射波长。我们进一步计算了该纳米激光器的完整（最大）发射光谱及其发射线宽，结果表明两者均受到异常强烈的频移（牵引）效应的影响。我们发现该纳米激光器的发射在光谱上高度不对称，且仅发生在等离激元共振的一侧（高频侧）。最后，我们表明，通过改变纳米壳层的几何纵横比，可以在整个可见光范围内调谐发射线的光谱位置。
引用
@article{arxiv.2312.13812,
title = {Emission dynamics and spectrum of a nanoshell-based plasmonic nanolaser spaser},
author = {Ashod Aradian and Andres Cathey and Karen Caicedo and Milena Mora and Nicole Recalde and Melissa Infusino and Alessandro Veltri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.13812},
year = {2025}
}