Необычный нанолазер, в котором свет направляется вдоль плоского дна открытой металлической канавки, сконструировали инженеры Национального Института стандартов и технологии (NIST). Об этой работе, проделанной NIST в сотрудничестве с университетами Мэриленда, Мичигана и с Наньцзинским университетом (Китай), рассказывается в одном из последних номеров журнала Science Advances.

Функционирование нового лазера построено на взаимодействии фотонов с электронами в поверхностном слое металла, порождающем особый тип волн — поверхностные плазмонные поляритоны (Surface Plasmon Polariton, SPP).

Резонирующая полость в виде канавки для миниатюрного лазера была сделана путём формования серебра высокоточным кремниевым шаблоном. Она имела прямоугольное поперечное сечение с плоским дном и перпендикулярными ему боковыми стенками, подобно зеркалам переотражавшими поверхностные волны между собой.

Атомарная чистота внутренних зеркальных поверхностей резонансной полости позволяет SPP совершать сотни переотражений без заметного затухания, что нашло выражение в самом высоком коэффициенте добротности среди известных на сегодняшний день плазмонных резонаторов для видимого света.

Благодаря этому открытая полость может использоваться как фильтр SPP, обладающий очень высокой селективностью, а значит и высокой чувствительностью к изменениям в окружающей среде.

Продемонстрировав возможность применения своей полости в качестве химического и биологического сенсора, авторы затем превратили её в лазер. Для этого они нанесли на поверхности полости сверхтонкое покрытие, увеличивающее интенсивность SPP. Они подчёркивают, что новое устройство это первый нанолазер, основанный на плазмонных поляритонах, распространяющихся по одиночной металлической поверхности.

Предложенная конструкция легко интегрируется в фотонные схемы. Помимо сенсорных приложений она может использоваться в научных целях — в исследованиях квантовой плазмоники.