使用自由电子泵浦创建表面等离子体极化子放大以构建新型激光器

长三角G60激光联盟导读

据悉，中国科学院、上海理工大学的研究人员联合张江实验室的同事合作，开发了一种新的方法，可以用各种波长的光制造激光器。

中国科学院的一组研究人员与上海理工大学的一位同事和张江实验室的另一位同事合作，开发了一种新的方法，可以用各种波长的光制造激光器。

来源：Pixabay/CC0 Public Domain

在发表在《Nature》杂志上的论文中，该小组描述了他们的新激光器及其控制方法。哈佛大学的Nicholas Rivera发表了一篇《News&Views》文章，概述了传统激光器的工作方式以及该团队在中国开发的技术。CAS团队还在学院网站上发布了两篇论文，概述了这项工作。

正如Rivera所指出的，尽管存在一些限制，但激光的发展对科学研究和商业产品的开发产生了深远的影响。通常，激光器仅限于发射给定波长的光，这降低了实用性。另一种被称为自由电子激光器的设备克服了这个问题，但使用该技术制造的设备体积大且价格昂贵。在这项新的努力中，研究人员采用了一种新的方法，偏离了产生激光的标准方式。

受激发射的相干SPP放大。

新的方法是相对简单的，来自传统激光器的光以一定角度照射在铁丝上。激光脉冲持续时间很短，大约为飞秒。这导致在导线长度上产生电场，从而从构成导线外缘的铁原子中拉出电子。它还将电子沿导线长度加速至高速。

放大过程中THz SPP的空间和光谱特性。

在这种设置下，导线用作光源、通道和光学介质。在这些条件下，沿着导线产生的电场会振荡其他仍在导线中的更多可移动电子，这会导致自发发射，其形式为电磁波，在导线中移动，并与每个脉冲中的自由电子相互作用。当遇到导线末端时，波以激光的形式继续传播。使用两种晶体来控制激光，一种是铽镓石榴石，另一种是碲化锌。

THz SPP电磁场的时空动力学。

来源：Electrons turn a piece of wire into a laser-like light source, Nature (2022). DOI: 10.1038/d41586-022-03455-4;

Coherent surface plasmon polariton amplification via free-electron pumping, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05239-2