Abstract

We report a spectroscopic method using coherent random lasers for a simple, yet nanoscale, sensing approach. Unique spectral properties of coherent random laser emission can be detectably altered when introducing nanoscale perturbations to a simple nanocomposite film that consists of dielectric nanospheres and laser-dye-doped polymer to serve as a transducer. Random lasing action provides a means to amplify subtle perturbations to readily detectable spectral shifts in multiple discrete emission peaks. Owing to several advantages, such as large-area detection, narrow and multiple emission peaks, straightforward detection, and simple fabrication, random laser spectroscopy has the potential for ultrasensitive, yet simple, biosensors in various applications.

© 2010 Optical Society of America

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Noginov, Solid-State Random Lasers, Springer Series in Optical Sciences (Springer, 2005).
  2. D. S. Wiersma, Nature Phys. 4, 359 (2008).
    [CrossRef]
  3. H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
    [CrossRef]
  4. M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, and P. D. Yang, Science 292, 1897 (2001).
    [CrossRef]
  5. S. V. Frolov, Z. V. Vardeny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
    [CrossRef]
  6. Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
    [CrossRef]
  7. M. Siddique, L. Yang, Q. Z. Wang, and R. R. Alfano, Opt. Commun. 117, 475 (1995).
    [CrossRef]
  8. R. C. Polson and Z. V. Vardeny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
    [CrossRef]
  9. Q. Song, S. Xiao, Z. Xu, J. Liu, X. Sun, V. Drachev, V. M. Shalaev, O. Akkus, and Y. L. Kim, Opt. Lett. 35, 1425 (2010).
    [CrossRef]
  10. A. Rose, Z. G. Zhu, C. F. Madigan, T. M. Swager, and V. Bulovic, Nature 434, 876 (2005).
    [CrossRef]
  11. C. M. Deng, Q. G. He, C. He, L. Q. Shi, J. G. Cheng, and T. Lin, J. Phys. Chem. B 114, 4725 (2010).
    [CrossRef]
  12. J. Fallert, R. J. B. Dietz, J. Sartor, D. Schneider, C. Klingshirn, and H. Kalt, Nat. Photon. 3, 279 (2009).
    [CrossRef]
  13. K. L. van der Molen, R. W. Tjerkstra, A. P. Mosk, and A. Lagendijk, Phys. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).
    [CrossRef]
  14. H. E. Tureci, L. Ge, S. Rotter, and A. D. Stone, Science 320, 643 (2008).
    [CrossRef]

2010 (2)

Q. Song, S. Xiao, Z. Xu, J. Liu, X. Sun, V. Drachev, V. M. Shalaev, O. Akkus, and Y. L. Kim, Opt. Lett. 35, 1425 (2010).
[CrossRef]

C. M. Deng, Q. G. He, C. He, L. Q. Shi, J. G. Cheng, and T. Lin, J. Phys. Chem. B 114, 4725 (2010).
[CrossRef]

2009 (1)

J. Fallert, R. J. B. Dietz, J. Sartor, D. Schneider, C. Klingshirn, and H. Kalt, Nat. Photon. 3, 279 (2009).
[CrossRef]

2008 (2)

H. E. Tureci, L. Ge, S. Rotter, and A. D. Stone, Science 320, 643 (2008).
[CrossRef]

D. S. Wiersma, Nature Phys. 4, 359 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

K. L. van der Molen, R. W. Tjerkstra, A. P. Mosk, and A. Lagendijk, Phys. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).
[CrossRef]

2005 (2)

A. Rose, Z. G. Zhu, C. F. Madigan, T. M. Swager, and V. Bulovic, Nature 434, 876 (2005).
[CrossRef]

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

R. C. Polson and Z. V. Vardeny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
[CrossRef]

2001 (1)

M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, and P. D. Yang, Science 292, 1897 (2001).
[CrossRef]

1999 (2)

S. V. Frolov, Z. V. Vardeny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

1995 (1)

M. Siddique, L. Yang, Q. Z. Wang, and R. R. Alfano, Opt. Commun. 117, 475 (1995).
[CrossRef]

Akkus, O.

Alfano, R. R.

M. Siddique, L. Yang, Q. Z. Wang, and R. R. Alfano, Opt. Commun. 117, 475 (1995).
[CrossRef]

Baughman, R. H.

S. V. Frolov, Z. V. Vardeny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

Bulovic, V.

A. Rose, Z. G. Zhu, C. F. Madigan, T. M. Swager, and V. Bulovic, Nature 434, 876 (2005).
[CrossRef]

Cao, H.

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

Chang, R. P. H.

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

Cheng, J. G.

C. M. Deng, Q. G. He, C. He, L. Q. Shi, J. G. Cheng, and T. Lin, J. Phys. Chem. B 114, 4725 (2010).
[CrossRef]

Deng, C. M.

C. M. Deng, Q. G. He, C. He, L. Q. Shi, J. G. Cheng, and T. Lin, J. Phys. Chem. B 114, 4725 (2010).
[CrossRef]

Dietz, R. J. B.

J. Fallert, R. J. B. Dietz, J. Sartor, D. Schneider, C. Klingshirn, and H. Kalt, Nat. Photon. 3, 279 (2009).
[CrossRef]

Drachev, V.

Fallert, J.

J. Fallert, R. J. B. Dietz, J. Sartor, D. Schneider, C. Klingshirn, and H. Kalt, Nat. Photon. 3, 279 (2009).
[CrossRef]

Feick, H.

M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, and P. D. Yang, Science 292, 1897 (2001).
[CrossRef]

Frolov, S. V.

S. V. Frolov, Z. V. Vardeny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

Ge, L.

H. E. Tureci, L. Ge, S. Rotter, and A. D. Stone, Science 320, 643 (2008).
[CrossRef]

He, C.

C. M. Deng, Q. G. He, C. He, L. Q. Shi, J. G. Cheng, and T. Lin, J. Phys. Chem. B 114, 4725 (2010).
[CrossRef]

He, Q. G.

C. M. Deng, Q. G. He, C. He, L. Q. Shi, J. G. Cheng, and T. Lin, J. Phys. Chem. B 114, 4725 (2010).
[CrossRef]

Ho, S. T.

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

Huang, M. H.

M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, and P. D. Yang, Science 292, 1897 (2001).
[CrossRef]

Kalt, H.

J. Fallert, R. J. B. Dietz, J. Sartor, D. Schneider, C. Klingshirn, and H. Kalt, Nat. Photon. 3, 279 (2009).
[CrossRef]

Kim, Y. L.

Kind, H.

M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, and P. D. Yang, Science 292, 1897 (2001).
[CrossRef]

Klingshirn, C.

J. Fallert, R. J. B. Dietz, J. Sartor, D. Schneider, C. Klingshirn, and H. Kalt, Nat. Photon. 3, 279 (2009).
[CrossRef]

Lagendijk, A.

K. L. van der Molen, R. W. Tjerkstra, A. P. Mosk, and A. Lagendijk, Phys. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).
[CrossRef]

Lin, T.

C. M. Deng, Q. G. He, C. He, L. Q. Shi, J. G. Cheng, and T. Lin, J. Phys. Chem. B 114, 4725 (2010).
[CrossRef]

Liu, J.

Liu, L. Y.

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

Madigan, C. F.

A. Rose, Z. G. Zhu, C. F. Madigan, T. M. Swager, and V. Bulovic, Nature 434, 876 (2005).
[CrossRef]

Mao, S.

M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, and P. D. Yang, Science 292, 1897 (2001).
[CrossRef]

Mosk, A. P.

K. L. van der Molen, R. W. Tjerkstra, A. P. Mosk, and A. Lagendijk, Phys. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).
[CrossRef]

Noginov, M.

M. Noginov, Solid-State Random Lasers, Springer Series in Optical Sciences (Springer, 2005).

Polson, R. C.

R. C. Polson and Z. V. Vardeny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
[CrossRef]

Rose, A.

A. Rose, Z. G. Zhu, C. F. Madigan, T. M. Swager, and V. Bulovic, Nature 434, 876 (2005).
[CrossRef]

Rotter, S.

H. E. Tureci, L. Ge, S. Rotter, and A. D. Stone, Science 320, 643 (2008).
[CrossRef]

Russo, R.

M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, and P. D. Yang, Science 292, 1897 (2001).
[CrossRef]

Sartor, J.

J. Fallert, R. J. B. Dietz, J. Sartor, D. Schneider, C. Klingshirn, and H. Kalt, Nat. Photon. 3, 279 (2009).
[CrossRef]

Schneider, D.

J. Fallert, R. J. B. Dietz, J. Sartor, D. Schneider, C. Klingshirn, and H. Kalt, Nat. Photon. 3, 279 (2009).
[CrossRef]

Seelig, E. W.

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

Shalaev, V. M.

Shi, L. Q.

C. M. Deng, Q. G. He, C. He, L. Q. Shi, J. G. Cheng, and T. Lin, J. Phys. Chem. B 114, 4725 (2010).
[CrossRef]

Siddique, M.

M. Siddique, L. Yang, Q. Z. Wang, and R. R. Alfano, Opt. Commun. 117, 475 (1995).
[CrossRef]

Song, Q.

Song, Q. H.

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

Stone, A. D.

H. E. Tureci, L. Ge, S. Rotter, and A. D. Stone, Science 320, 643 (2008).
[CrossRef]

Sun, X.

Swager, T. M.

A. Rose, Z. G. Zhu, C. F. Madigan, T. M. Swager, and V. Bulovic, Nature 434, 876 (2005).
[CrossRef]

Tjerkstra, R. W.

K. L. van der Molen, R. W. Tjerkstra, A. P. Mosk, and A. Lagendijk, Phys. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).
[CrossRef]

Tureci, H. E.

H. E. Tureci, L. Ge, S. Rotter, and A. D. Stone, Science 320, 643 (2008).
[CrossRef]

van der Molen, K. L.

K. L. van der Molen, R. W. Tjerkstra, A. P. Mosk, and A. Lagendijk, Phys. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).
[CrossRef]

Vardeny, Z. V.

R. C. Polson and Z. V. Vardeny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
[CrossRef]

S. V. Frolov, Z. V. Vardeny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

Wang, L.

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

Wang, Q. H.

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

Wang, Q. Z.

M. Siddique, L. Yang, Q. Z. Wang, and R. R. Alfano, Opt. Commun. 117, 475 (1995).
[CrossRef]

Weber, E.

M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, and P. D. Yang, Science 292, 1897 (2001).
[CrossRef]

Wiersma, D. S.

D. S. Wiersma, Nature Phys. 4, 359 (2008).
[CrossRef]

Wu, Y. Y.

M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, and P. D. Yang, Science 292, 1897 (2001).
[CrossRef]

Xiao, S.

Xiao, S. M.

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

Xu, L.

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

Xu, Z.

Yan, H. Q.

M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, and P. D. Yang, Science 292, 1897 (2001).
[CrossRef]

Yang, L.

M. Siddique, L. Yang, Q. Z. Wang, and R. R. Alfano, Opt. Commun. 117, 475 (1995).
[CrossRef]

Yang, P. D.

M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, and P. D. Yang, Science 292, 1897 (2001).
[CrossRef]

Yoshino, K.

S. V. Frolov, Z. V. Vardeny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

Zakhidov, A.

S. V. Frolov, Z. V. Vardeny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

Zhao, Y. G.

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

Zhou, X. C.

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

Zhu, Z. G.

A. Rose, Z. G. Zhu, C. F. Madigan, T. M. Swager, and V. Bulovic, Nature 434, 876 (2005).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

R. C. Polson and Z. V. Vardeny, Appl. Phys. Lett. 85, 1289 (2004).
[CrossRef]

J. Phys. Chem. B (1)

C. M. Deng, Q. G. He, C. He, L. Q. Shi, J. G. Cheng, and T. Lin, J. Phys. Chem. B 114, 4725 (2010).
[CrossRef]

Nat. Photon. (1)

J. Fallert, R. J. B. Dietz, J. Sartor, D. Schneider, C. Klingshirn, and H. Kalt, Nat. Photon. 3, 279 (2009).
[CrossRef]

Nature (1)

A. Rose, Z. G. Zhu, C. F. Madigan, T. M. Swager, and V. Bulovic, Nature 434, 876 (2005).
[CrossRef]

Nature Phys. (1)

D. S. Wiersma, Nature Phys. 4, 359 (2008).
[CrossRef]

Opt. Commun. (1)

M. Siddique, L. Yang, Q. Z. Wang, and R. R. Alfano, Opt. Commun. 117, 475 (1995).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. B (2)

S. V. Frolov, Z. V. Vardeny, K. Yoshino, A. Zakhidov, and R. H. Baughman, Phys. Rev. B 59, R5284 (1999).
[CrossRef]

Q. H. Song, L. Wang, S. M. Xiao, X. C. Zhou, L. Y. Liu, and L. Xu, Phys. Rev. B 72, 035424 (2005).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (2)

H. Cao, Y. G. Zhao, S. T. Ho, E. W. Seelig, Q. H. Wang, and R. P. H. Chang, Phys. Rev. Lett. 82, 2278 (1999).
[CrossRef]

K. L. van der Molen, R. W. Tjerkstra, A. P. Mosk, and A. Lagendijk, Phys. Rev. Lett. 98, 143901 (2007).
[CrossRef]

Science (2)

H. E. Tureci, L. Ge, S. Rotter, and A. D. Stone, Science 320, 643 (2008).
[CrossRef]

M. H. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Q. Yan, Y. Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, and P. D. Yang, Science 292, 1897 (2001).
[CrossRef]

Other (1)

M. Noginov, Solid-State Random Lasers, Springer Series in Optical Sciences (Springer, 2005).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Metrics