原文转载自公众号： 中国激光
原文作者：宁存政
小编的话:
传统的激光器受光学衍射极限的限制而难以持续满足光电子器件小型化、集成化的要求。纳米激光器的尺寸可远小于出射波长，在未来超级计算机和数据中心的小型化、集成化、低能耗化方面均具有不可替代的作用。清华大学宁存政教授近期在Advanced Photonics 发表了综述文章 Semiconductor nanolasers and the size-energy-efficiency challenge: a review ，回顾了纳米激光器的发展历史，展望了纳米激光器未来的机遇和挑战。
背景
半导体激光器在所有激光器中体积最小、能效最高，它们可以做到比人类的头发丝还细。在我们的日常生活和工作中随处可见半导体激光器的身影：从互联网上的信息传播、计算机中的数据交换、手机屏幕的人脸识别，到人工智能及虚拟现实中的传感和成像等等。如同其他基于半导体的技术（如微电子）一样，小型化和集成化是光电子领域，特别是半导体激光研究永恒的主题。本文阐述了十多年来半导体激光器小型化即纳米激光器方面的进展、存在的问题以及未来的前景，重点介绍了利用金属中电子（即等离子体）的纳米激光器。
“三大挑战”
在介绍了背景之后，作者引入了他认为的目前光电子领域面临的“三大挑战”，即器件“体积和能效”挑战，“波长多样化”挑战和“集成”挑战。整个光电子领域在未来相当长一段时间内都将面对这三大挑战，而解决的方法和最终的结果将对包括半导体激光器在内的光电子领域的发展产生深远的影响。作者随后指出“纳米化”将对上述三个挑战的解决提供新的思路，比如利用纳米尺度上光和半导体相互作用的物理机制来研发纳米光电器件，利用纳米技术来实现纳米光电子材料的生长和器件的制造，以及实现纳米尺度材料和器件的表征等。总之，半导体纳米技术的进步将很大程度上帮助解决上述挑战，从而促进光电子领域的发展。
未来的希望：纳米激光器
本文着重介绍了纳米半导体激光器及其在器件小型化和降低器件能耗方面的作用。目前已有的激光器由于体积大能耗高而无法应用在未来的芯片中，而纳米激光器由于体积和能耗的优势展现出极大的潜力，在未来超级计算机和数据中心的小型化、集成化、低能耗化方面均具有不可替代的作用。
作者在比较分析了各种激光器的体积和它们进一步小型化的潜力后得出结论：大部分激光器的体积已接近极限，而基于金属等离激元的纳米激光器仍有很大潜力。作者接下来介绍了金属等离激元激光器的过去和现在，阐述了这类激光器几个明显的优势，如体积小、超高速调制潜力高、散热速度快、以及在小体积情况下比纯半导体或介质腔的阈值更低等特性。最后比较了各类主流激光器，分析了它们在向体积更小、能耗更低的方向发展时的潜力和极限，并展望了纳米激光器的发展前景。
作者简介
清华大学宁存政教授从事纳米光子学及半导体光电子学物理及器件方面的理论及实验方面的研究工作已有20多年。在量子及非线性光学，激光物理，激光动力学，纳米半导体光电子学等方面有许多重要贡献，包括纳米半导体的物理及光学，半导体中的多体相互作用，器件物理，及器件应用等方面的理论和实验研究。
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两江科技评论编辑部
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