深圳大學在拉曼納米激光研究方面取得重要進展

　　在國家自然科學基金項目（項目編號：51502175，61575129，11304206）資助下，深圳大學光電工程學院阮雙琛教授團隊在拉曼納米激光研究方面取得重要進展，研究成果近期以“A Thresholdless Tunable Raman Nanolaser using a ZnO–Graphene Superlattice（基于氧化鋅-石墨烯超晶格的無閾值拉曼納米激光）”為題發表在Advanced Materials上。論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201604351/full。

　　隨著納米光技術如芯片級光通訊、生物醫學成像的發展，人們對激光的研究進入到亞波長范圍。亞波長激光如納米激光的發展主要基于表面等離子體增強發射光技術。一般的納米激光波長固定，限制了其應用，而拉曼光散射能將泵浦光轉變為新的波長。發展新型拉曼納米激光可以得到波長可調的納米激光，有可能在應用上取得創新性的突破。

　　阮雙琛教授團隊采用空間限域生長法合成了一種新型石墨烯基超晶格材料，這種石墨烯基超晶格可以在從可見光到近紅外光波段較寬的波長范圍激發出表面等離子體，光激發該超晶格材料可以得到波長可調的拉曼納米激光。該拉曼納米激光具有無閾值、可室溫操作、激光波長可調、激光波長覆蓋范圍廣（波段從可見光到近紅外光）等特點，有望在納米光技術如生物醫學成像等方面取得應用上的新突破。

　　圖1（a）超晶格的X射線衍射譜，內圖為超晶格側面結構示意圖；（b）超晶格表面高分辨電鏡照片，晶面間距2.81?和1.87?可指標為ZnO層，內圖為超晶格表面結構示意圖；（c）超晶格納米片側面高分辨電鏡照片；（d）超晶格選區電子衍射花樣。

　　圖2（a）ZnO的拉曼譜；（b-f）ZnO-石墨烯超晶格在不同泵浦光激發下的激光光譜，對應泵浦光波長分別為b）488nm，c）514.5nm，d）568nm，e）647nm，f）785nm，泵浦功率為3.2kW /cm2； (g) 拉曼散射過程的能級圖，其中拉曼振動模V1-V4對應圖（a）中的V1-V4，能級圖中的四個散射光E1-E4對應拉曼激光中的E1-E4。

　　圖3（a）在不同泵浦功率514.5nm激光激發下得到的激光光譜；（b）拉曼納米激光功率密度隨泵浦功率的變化曲線；（c）拉曼納米激光峰E1-E4的線寬隨泵浦功率的變化曲線；（d）不同溫度下的拉曼納米激光光譜；（e）不同泵浦功率密度514.5nm激光激發下E1-E4的激光光譜圖。

　　圖4（a）用于研究ZnO-石墨烯超晶格表面等離子共振的Kretschmann構造示意圖；（b）Kretschmann構造得到的ZnO-石墨烯超晶格表面等離子共振反射率曲線，這是由原始數據經過四階多項式擬合得到的曲線；（c）ZnO-石墨烯超晶格界面對拉曼振動模的高度方向選擇性示意圖，這是無閾值拉曼納米激光產生的重要條件。