中澳研究人员提出可利用自变频技术扩展纳米线激光器的工作波长

纳米线激光器已在多种材料中得到证实，例如 III-V 和 II-VI 化合物半导体以及钙钛矿。而在纳米线中引入量子阱和量子点可以进一步降低激光阈值，提高纳米线激光器的温度稳定性。

不幸的是，仍然有一些尴尬的波长无法通过纳米线激光器实现。虽然理论上半导体纳米线的发射峰可以通过控制合金成分在很宽的范围内移动，但纳米线的生长存在许多与材料相关的挑战。例如，由于高铟含量量子阱中的高密度位错，绿色 InGaN 纳米线激光器仍未实现。

在发表在 Light Science & Application 上次的一篇新论文中，中国科学家与澳大利亚研究人员合作提出，可以利用纳米线晶体的二阶非线性效应来扩展纳米线激光器的工作波长。然而，与使用外部非线性晶体的传统解决方案不同，所提出的解决方案利用 III-V 纳米线本身的高非线性和激光腔内的强局域光场来实现频率转换（如上图 1 所示） .并且可以有效地自我实现二阶非线性光学过程。请注意，由于纳米线激光器的低输出功率，采用纳米线激光器作为源来泵浦另一个非线性晶体以实现频率转换是不切实际的。

该团队由西北工业大学物理科学与技术学院光场操纵与信息获取重点实验室、陕西省光信息技术重点实验室的甘学涛和赵建林领导的研究小组及其合作者组成。 ARC 变革性超光学系统卓越中心，澳大利亚国立大学物理研究学院，堪培拉，ACT，2601，澳大利亚。

在他们的实验中，通过选择性区域外延 (SAE) 方法生长高质量的 GaAs/In0.16Ga0.84As 核/壳纳米线并转移到 SiO2/Si 衬底上。两个平面端面起到两个平行镜的作用，并形成法布里-珀罗腔作为激光器的光学腔。从在 1016 nm 除了具有单一激光模式的纳米线，还获得了在 508 nm 出奇的墙可见激光峰。通过数值模拟和强度依赖性分析远场偏振依赖性，证实508 nm的可见激光模式是通过将基本激光模式（SHG）的频率加倍产生的，即自频率转换过程。

除了 SHG，III-V 纳米线的二阶非线性效应还支持其他三波混频过程，也可用于扩展纳米线激光器的输出波长。在实验中，在直径较大的纳米线中展示了近红外的多模激射，在可见光波长范围内获得了多个激射峰。

作者认为，通过利用纳米线的第二非线性效应，所提出的自频率转换纳米线激光器为扩展这些激光器的工作波长提供了一条新途径，在光学参量发生器、放大器和振荡器中具有潜在的应用价值。从深紫外到太赫兹的大波长范围。

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