Estudio de amplificacion optica y accion SPASER en estructuras cilindricas de grafeno

LEILA PRELAT; CUEVAS, MAURO; NICOLAS PASSARELLI; RAUL BUSTOS MARUN; DEPINE, RICARDO

Congreso; 105 Reunion AFA; 2020

Para reducir el tama~no de los laseres es posible emplear nanocavidades con recubrimientos metalicos,dise~nadas para operar con modos superciales plasmonicos y capaces de brindar los requisitos imprescindiblespara cualquier laser, como connamiento optico, retroalimentacion, contactos electricoso control de disipacion. Con el agregado de medios activos para amplicar los modos supercialesplasmonicos, nace el concepto de SPASER, acronimo de surface plasmon amplication by stimulatedemission of radiation. La construccion, en el a~no 2009, de los primeros nanolaseres plasmonicos, ospasers, abrio nuevos caminos para contar con fuentes extremadamente compactas de luz coherente,con dinamica ultrarrapida y una amplia paleta de aplicaciones muy atractivas. Durante la ultima decadase ha pasado de las primeras demostraciones de factibilidad a una gran variedad de dise~nos de nanolaseresplasmonicos, destinados a aplicaciones en interconexiones opticas, espectroscopa de campo cercano ydeteccion o sondeo optico para sistemas biologicos.Hasta el momento se han considerado sistemas que involucran un medio dielectrico activo y plasmonesmetalicos. En este trabajo estudiamos la transferencia no radiativa de energa desde el medio activo ylos plasmones superciales en una nueva conguracion donde el medio plasmonico, en vez de ser unmetal con plasmones en el rango visible, es una hoja de grafeno, con plasmones en el rango de los THz.El grafeno permite sintonizar la frecuencia de resonancia plasmonica sin necesidad de cambios en lageometra de la conguracion y tambien provee un camino para satisfacer los requerimientos actualesde fuentes de radiacion THz compactas, ecientes y recongurables.En la geometra considerada en este trabajo, un nucleo cilndrico compuesto por un medio activo nomagnetico esta recubierto por una capa monoatomica de grafeno que separa el medio activo de un mediodielectrico exterior. Mediante simulaciones numericas enmarcadas en un formalismo electromagneticoriguroso, podemos encontrar valores crticos de ganancia, representados por la parte imaginaria de lapermeabilidad electrica del medio activo. Para estos valores crticos, el aporte del medio activo compensaexactamente las perdidas intrnsecas de los plasmones grafenicos. En esta presentacion mostraremosresultados obtenidos para los modos dipolar, cuadrupolar, hexagonal y octopolar y para distintos valoresdel potencial qumico del grafeno y del radio del cilindro.