專利名稱：一種等離子激元納米激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微納光子器件與激光技術領域，尤其涉及一種金屬包裹下等離子激元腔體振蕩納米激光器。
背景技術：
金屬電介質界面的電子氣在電磁波的激勵耦合下產(chǎn)生的集體震蕩表現(xiàn)了奇異的光學特性，也就所謂的表面等離子激元特性。其光場場強在金屬和電介質界面處垂直方向上呈指數(shù)型衰減，能夠將光耦合在金屬表面幾十納米甚至更小的范圍，借以突破傳統(tǒng)的光衍射極限的限制。對于大多數(shù)常規(guī)微型激光器的共振腔體結構1/4 λ分布式反饋結構，光子帶隙缺陷結構，微碟激光結構等，受到衍射極限的限制，腔體里光產(chǎn)生駐波條件要求有效局域模的體積必須滿足Veff > [λ/(2η)]3(λ為自由空間光的波長，η為電介質有效折射率)，這種可見光范圍內(nèi)亞微米極限尺寸的激光器限制了其在光電集成等領域的應用。而利 用等離子激元突破光衍射極限限制的特性，可以實現(xiàn)真正意義上的納米激光器。研究者在利用金屬等離子激元效應實現(xiàn)激光小型化主要面臨著金屬等離子激元振蕩熱損失和局域模限制這兩個物理量的矛盾為了減少金屬熱損失，光的局域性就會受到限制，而局域性越強，金屬的熱損失就會越大。荷蘭埃因霍芬理工大學的希爾小組利用金包裹的半導體異質結腔體實現(xiàn)了亞波長的納米激光器的低溫激射。金屬的引入一方面能夠大大減少增益介質振蕩模的擴散，減少微型激光器近距離之間發(fā)生的串擾。另一方面由于金屬側壁與增益介質腔體直接接觸，等離子激元模式和激光振蕩模式的交疊不可避免的帶來較大的金屬熱損失，激光的閾值受到了限制，只能在低溫下實現(xiàn)激光激射。為了實現(xiàn)室溫下激光的激射，美國加利福尼亞圣地亞哥大學的奈奇小組提出通過在金屬和增益腔體之間引入低折射率的隔離層可以減少金屬的熱損失，降低激光的激發(fā)閾值。該小組通過平衡增益介質和隔離層的厚度，在保證增益腔體的物理體積的前提下，盡可能減少了金屬等離子激元振蕩的熱損失，實現(xiàn)了室溫下亞波長激光器的激射。這種亞微米激光器的實現(xiàn)雖然可以減少增益介質振蕩模式的擴散，但其物理機理僅是利用等離子激元對激光振蕩模式擴散局域限制作用，其激光器尺寸的進一步縮小仍然受到了限制，難于實現(xiàn)真正意義的納米激光器。另一方面加州伯克利大學的張翔小組發(fā)展了一種納米線波導和等離子激元雜化耦合的納米激光器。通過在硫化鎘和銀金屬薄層之間插入一層5納米低折射率的氟化鎂介質層，利用金屬界面等離子激元和納米線波導的耦合可以將激光光場很大程度的局域低折射率隔離層氟化鎂之間，也在一定程度上減少金屬的熱損失。這種光耦合到等離子激元的振蕩產(chǎn)生的激光模式面積僅為出射激光波長的二十分之一，由于該種結構缺少有效的等離子激元的振蕩反饋，僅在低溫下實現(xiàn)激光激射。但是其優(yōu)點在于產(chǎn)生的激光模式可以很大程度上局域在二維的5納米隔離層中。隨后，該小組又提出基于等離子激元內(nèi)全反射的方法實現(xiàn)了超衍射極限的室溫硫化鎘納米正方形激光器。通過在邊長I微米厚度50納米的硫化鎘正方形塊和金屬薄膜之間引入5納米厚的低折射率氟化鎂隔離層，使得正方形腔體的內(nèi)全反射振蕩模式與金屬低折射率隔離層界面的等離子激元耦合，利用耦合后形成雜化等離子激元在低折射率隔離層中有相對較大的有效折射率(大于增益腔體硫化鎘的實際折射率)，因此可以在5納米的氟化鎂中形成等離子激元內(nèi)全反射振蕩反饋，增加了激光激射的品質因子，實現(xiàn)了室溫激射的激光。但是由于這種結構中等離子激元限制在5納米氟化鎂隔離層振蕩，和金屬等離子激元有很強的耦合，較高的光場能量局域在金屬中，金屬中的熱損失會很大。另一方面我們需要相對較厚的增益介質塊體實現(xiàn)電致發(fā)光的納米激光器件設計。但是研究表明較厚增益腔體振蕩模式和金屬等離子激元的耦合在優(yōu)化后較厚的隔離層下會減弱，大部分能量會保留在增益介質腔體中。而且耦合到低折射率隔離層中的等離子激元會因為隔離層厚度的增加有效折射率的降低而不能很好的發(fā)生內(nèi)全反射，產(chǎn)生等離子激元的泄露，從而使得激光閾值很高。大大限制其在未來實際的應用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種等離子激元納米激光器，包括一第一介質層、一第一隔離層、和一增益介質腔體，所述第一隔離層置于所述第一介質層的裸露表面上，所述增益介質腔體置于所述第一隔離層的裸露表面上，所述第一隔離層的厚度與所述增益介質腔體的縱向厚度的比值范圍為小于O. 5。還包括一第三隔離層，置于所述第一介質層的裸露表面上且圍繞所述第一隔離層。所述第一隔離層和第三隔離層的材料是同一種，折射率與所述增益介質腔體的折射率的比值均小于O. 75;所述第一隔離層和第三隔離層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍均為O. 01至O. I。所述第一介質層的材料為石墨烯材料或金屬材料；所述金屬材料為金、銀、鋁、銅、鈦、鎳、鉻中任意一種或幾種的合金。所述第一介質層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍為O. I至
O.5。所述增益介質腔體的材料為有機材料或無機材料；所述有機材料為含有熒光分子有機聚合物、高分子有機發(fā)光材料的任意一種；所述無機材料為硫化鎘、氧化鋅、氮化鎵、砷化鎵、硒化鎘中任意一種。所述增益介質腔體的結構為通過元素摻雜形成的量子阱結構或超晶格結構；所述增益介質腔體的水平截面形狀為正方形、三角形、圓形、六邊形、五邊形、橢圓、梯形中任意一種；所述增益介質腔體的縱向厚度與出射激光波長的比值范圍為O. 2至O. 5，橫向寬度與出射激光波長的比值范圍為O. 8至2。進一步包括一基底層、一第二介質層和一第二隔離層；所述第一介質層置于所述基底層的裸露表面上；所述第二介質層包裹所述增益介質腔體的側壁，且與所述第三隔離層的裸露表面接觸；所述第二隔離層介于所述第二介質層與所述增益介質腔體的側壁之間，且與所述第一金屬層的裸露表面接觸；所述第三隔離層介于所述第二介質層與所述第一介質層之間，且與所述第二隔離層的遠離所述增益介質腔體的表面相接觸。所述第一隔離層、第二隔離層和第三隔離層的材料是同一種，折射率與所述增益介質腔體的折射率的比值小于O. 75;所述第一隔離層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍為O. 01至O. 1，所述第二隔離層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍為O. 05至O. 5，所述第三隔離層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍為0.01至O. I。
所述第一介質層、第二介質層的材料為石墨烯材料或金屬材料；所述金屬材料為金、銀、鋁、銅、鈦、鎳、鉻中任意一種或幾種的合金；所述第一介質層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍為O. I至O. 5，所述第二介質層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍為O. I至O. 5。本發(fā)明在表面等離子激元內(nèi)全反射的基礎上對其進行了改進。首先通過平衡隔離層和增益介質腔體之間的厚度比，減少雜化等離子激元在金屬中能量的分布，使得金屬的熱損失較小，同時增加增益介質腔體的厚度。在隔離層厚度較厚的情況下，通過在增益介質腔體側壁引入帶有低折射率隔離層的金屬作為包裹層，金屬包裹延伸到部分增益介質層正下方的低折射率隔離層中，只留有一個厚度很小的等離子激元激光低折射率隔離層出口。從物理機制上，原有的結構中等離子激元內(nèi)全反射振蕩類比于光在一個高有效折射率的介質腔體中內(nèi)全反射振蕩，而金屬包裹增益介質腔體和部分隔離層的結構中，使得等離子激元在金屬反射層中實現(xiàn)了反饋振蕩，類比于光在有金屬反射層中的法布里-珀羅光學振蕩。另一方面，金屬包裹增益介質腔體也有利于較厚的腔體中提高光和等離子激元的耦合強度，從而實現(xiàn)低折射率隔離層的等離子激元的振蕩。由于可以采用較厚的增益介質腔體，因此未來有利于實現(xiàn)電致激發(fā)的等離子激元納米激光器結構，由于結構有一層低折射隔離層出光開口，利于加工制作雜化波導結構，將等離子激元激光通過波導引出，可以和其他集成光路器件很好兼容，對實現(xiàn)有源表面等離子激元器件和光電集成光路具有重要意義。本發(fā)明的優(yōu)點在于I.通過平衡第一隔離層和增益介質腔體之間的厚度比，使得第一介質層的等離子激元振蕩熱損失較小，從而減少激光的閾值，得到合適的較厚的增益介質腔體的厚度，且為進一步實現(xiàn)電致激光納米激光器奠定接觸。2.增益介質腔體周圍包裹有第二隔離層外的第二介質層，能夠形成增益介質腔體里的法布里至珀羅光學振蕩，減少增益腔體中光學模向自由空間的泄露。實現(xiàn)較低閾值的納米激光器。3.第二介質層包裹部分增益腔體下面的第一隔離層，保證了較厚的第一隔離層中，低有效折射率下等離子激元的法布里至珀羅光學振蕩反饋，減少等離子激元向自由空間中泄露，提高振蕩腔體的品質因子。4.第一介質層表面較薄的第三隔離層開口，有利于在上面加工等離子激元雜化波導結構，實現(xiàn)等離子激元激光的導出，與其它平面波導結構集成，為平面等離子激元有源器件集成的實現(xiàn)提供了可能。
圖I是本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例一的增益波導結構圖；圖2是本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例一的出射激光波長為500nm的波導增益閾值隨隔離層厚度的變化曲線圖；圖3A是本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例二的橫截面結構圖3B是本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例二的出射激光為波長484nm的H43的距離增益介質腔體其中一側面200nm處增益腔體YZ截面電場強度分布圖；圖4是本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例二的出射激光為波長484nm的H43的距離第一介質層上表面+Z方向15nm處XY水平截面電場強度分布圖；圖5是本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例三的橫截面和水平截面結構圖；圖6是本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例三的出射激光為波長451nm的H43的距離增益介質腔體其中一側表面200nm處增益腔體YZ截面電場強度分布圖；
圖7是本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例三的出射激光為波長45Inm的H43的模距離第一介質層上表面+Z方向15nm處XY水平截面電場強度分布圖；圖8是本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例三的出射激光為波長472nm的F05模的距離增益介質腔體其中一側表面200nm處增益腔體YZ截面電場強度分布圖；圖9是本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例三的出射激光為波長472nm的F05模的距離第一介質層上表面+Z方向15nm處XY水平截面電場強度分布圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器的具體實施方式
做詳細說明。等離子激元腔體振蕩激光器的閾值特性和品質因子是表征激光器的重要指標。首先利用實例設計激光器的橫截面對應增益波導結構計算不同H下隔離層厚度對設計納米激光器閾值的影響。增益波導結構中閾值增益定義為波導結構中補償金屬損失和輻射損失的增益。閾值增益的計算表達式如下K = Sm JJ dA 同2 丨 JJ dA 同2
metalgain其中，分子和分母的積分分別對應波導結構中金屬和增益介質截面電場強度的積分。ε" 8為波導結構閾值增益，ε" m為金屬復介電常數(shù)的虛部。等離子激元腔體振蕩激光器的品質因子定義為腔體里電磁場振蕩能量衰減快慢。品質因子的計算表達式如下Q = we/FWHMwE腔體模的振蕩頻率，F(xiàn)ffHM為腔體振蕩譜中腔體模式的半高寬。實施例一圖I所示為本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例一的增益波導結構。其中X，y與Z分別代表坐標軸X軸、y軸與Z軸。本發(fā)明實施例一提供了一種等離子激元納米激光器對應的增益波導結構，包括一第一介質層101、一第一隔離層102、和一增益介質腔體103,第一隔離層102置于第一介質層101的裸露表面上，增益介質腔體103置于第一隔離層102的裸露表面上，第一隔離層102的厚度與增益介質腔體103的縱向厚度的比值范圍為小于O. 5，使得第一介質層101的等離子激元振蕩熱損失較小，從而減少激光的閾值，得到合適的較厚的增益介質腔體103的厚度，且為進一步實現(xiàn)電致激光納米激光器奠定基礎。圖I中所示的H為第一隔離層102的厚度與增益介質腔體103的縱向厚度之和，圖I中所示的Λ為第一隔離層102的厚度。增益介質腔體103和第一介質層101界面等離子激元之間發(fā)生耦合在第一隔離層102中形成亞波長限制的等離子激元雜化振蕩光場，第一隔離層102能夠有效減少等離子激兀振蕩中的金屬熱損失。第一介質層101和增益介質腔體103振蕩模的稱合能夠將光局域到第一隔離層102中，在保持第一隔離層102的厚度與增益介質腔體103的縱向厚度的比值小于O. 5的情況下，增加第一隔離層102的厚度可以減少金屬的熱損失，降低激光的激射閾值。本實施例中，第一隔離層102的折射率與增益介質腔體103的折射率的比值小于
O.75 ;第一隔離層102的厚度與出射激光波長的比值范圍為O. 01至O. I。第一介質層101的材料為支持激光器出射激光頻率下的等離子激元振蕩的石墨烯材料或金屬材料，所述金屬材料為金、銀、鋁、銅、鈦、鎳、鉻中任意一種；第一介質層101的厚度與出射激光波長的比值范圍為O. I至O. 5，即第一介質層101的厚度為增益介質腔體103中出射激光波長的O. I至O. 5倍，大于增益介質腔體103出射激光形成金屬表面等離子激元在介質層中的趨附深度。增益介質腔體103的材料為有機材料或無機材料；所述有機材料為含有熒光分子有機聚合物、高分子有機發(fā)光材料的任意一種；所述無機材料為硫化鎘、氧化鋅、氮化鎵、砷化鎵、硒化鎘中任意一種；所述增益腔體103的結構為通過元素摻雜形成的量子阱結構或超晶格結構；增益介質腔體103的水平截面形狀可以為正方形、三角形、圓形、六邊形、五邊形、橢圓、梯形中任意一種；增益介質腔體103的縱向厚度與增益介質腔體103出射激光波長的比值范圍為O. 2至O. 5，橫向寬度與增益介質腔體103出射激光波長的比值范圍為O. 8至2。本實施例中，增益介質腔體103的水平截面形狀采用正方形，且增益介質腔體103的橫向寬度，即增益介質腔體103的水平截面的邊長為出射激光波長的O. 8至2倍；增益介質腔體103的材料采用GaN/InGaN量子阱基材料，折射率的實部為2. 4，第一介質層101的材料為銀，復介電函數(shù)色散關系為S^ig = Sb -Ε2ρ[Ε(Ε- γ)Υ\ ε b = 5, Ep = 9. 5eV, y = 0. 04eV,其中，eAg為銀的復介電函數(shù)，ε b為銀的電介質常數(shù)部分，Ep為銀的自由電子氣的等離子振蕩能量，Y為銀的自由電子氣的振蕩弛豫時間，E為電磁波的振蕩能量。第一隔離層102的材料采用MgF2材料，折射率的實部為I. 38。在本實例中，出射激光波長為500nm。圖2是本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例一的出射激光波長為500nm的波導增益閾值隨隔離層厚度的變化曲線。增益介質腔體103對應傳播出射激光波長500nm時，固定不同的H，改變第一隔離層102的厚度，觀察增益介質腔體103的波導增益閾值的變化。當?shù)谝桓綦x層102的厚度增加時，金屬占有電磁波能量較少，會減少金屬熱損失；另一方面，增益介質腔體103占有的體積減少，意味著需要更多的增益補償金屬的熱損失。這兩者的矛盾使得在一定第一隔離層102的厚度時增益介質腔體103的增益波導閾值最小。由圖2可見，H較小時，最小閾值下的第一隔離層102的厚度僅為5nm，H較大時，由于等離子激元和波導模耦合強度較小，電磁能量主要集中在波導模中，不存在優(yōu)化的第一隔離層102的厚度，一定厚度的H如H=150，H = 200時，對應地第一隔離層102的厚度分別為30和50nm左右，此時增益閾值最小。再者，我們利用增益波導中得到的第一隔離層102的厚度對相應的三維的等離子激元方塊腔體進行了時域有限差分模擬。計算等離子激元納米激光腔體的電磁振蕩強度譜，獲得了可見光范圍內(nèi)各種振蕩模式的波長和腔體品質因子。實施例二 圖3A所示為本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例二的橫截面結構圖。其中X, y與z分別代表坐標軸X軸、y軸與z軸。本發(fā)明實施例二提供了一種等離子激元納米激光器，包括一第一介質層302、一第一隔離層304、和一增益介質腔體305,第一隔離層304置于第一介質層302的裸露表面上，增益介質腔體305置于第一隔離層304的裸露表面上，第一隔離層304的厚度與增益介質腔體305的縱向厚度的比值范圍為小于O. 5，使得第一介質層302的等離子激元振蕩熱損失較小，從而減少激光的閾值，得到合適的較厚的增益介質腔體305的厚度，且為進一步實現(xiàn)電致激光納米激光器奠定基礎。本發(fā)明實施例二還包括一第三隔離層303，置于第一介質層302的裸露表面上且圍繞第一隔離層304。第三隔離層303的材料與第一隔離層304的材料為同一種。圖3B所示為本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例二的出射激光為波長484nm的H43的距離增益介質腔體其中一側面200nm處增益腔體YZ截面電場強度分布。本實施例中，出射激光為波長484nm的H43振蕩模。由圖3B可以看出，電磁場能量在第一隔離層304的厚度為30nm，增益介質腔體的縱向厚度為120nm時，從第三隔離層或是增益腔體周圍泄露出去。振蕩強度譜得到該振蕩模式品質因子為13。
圖4所示為本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例二的出射激光波長為484nm的H43的距離第一介質層上表面+Z方向15nm處XY水平截面電場強度分布。本實施例中，出射激光為波長484nm的H43模。由圖4可以看出，本實施例的激光器結構中，第一隔離層304中等離子激元振蕩形成了內(nèi)全反射模式，但是能量主要集中在增益介質腔體305四周，顯示此種情況下，等離子激元很容易泄露，這是因為第一隔離層304的厚度的增加使得有效折射率下降。實施例三圖5所示為本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例三的橫截面和水平截面結構。圖中其中X，y與Z分別代表坐標軸X軸、y軸與z軸；圖中最右邊為實施例三中激光器的水平截面結構；圖中正中間的為實施例三的橫截面。本發(fā)明實施例三提供了一種等離子激元納米激光器，包括一第一介質層502、一第一隔離層504、和一增益介質腔體505,第一隔離層504置于第一介質層502的裸露表面上，增益介質腔體505置于第一隔離層504的裸露表面上，第一隔離層504的厚度h3與增益介質腔體505的縱向厚度hi的比值范圍為小于O. 5，實施例三進一步包括一基底層501、一第二介質層507、一第二隔離層506和一第三隔離層503 ;第一介質層502置于基底層501的裸露表面上；第二介質層507包裹增益介質腔體505的側壁，且與所述第三隔離層503的裸露表面接觸；第二隔離層506介于第二介質層507與增益介質腔體505的側壁之間，且與第一金屬層的裸露表面接觸；第三隔離層503介于第二介質層507與第一介質層502之間，且與第二隔離層506的遠離增益介質腔體505的表面相接觸。圖中所示h2為第二介質層507的高度。本實施例中，增益 介質腔體505的水平截面形狀采用正方形，且增益介質腔體505的橫向寬度wl = 600nm,即增益介質腔體505的水平截面的邊長為600nm ;第一介質層502的厚度h5 = 300nm，弟二隔尚層503的厚度h4 = 5nm，弟一隔尚層504的厚度h3 = 30nm,第二介質層507的高度=145nm,第二介質層507的厚度w3 = IOOnm,第二隔離層506的厚度w2 = 25nm,增益介質腔體505的縱向厚度hi = 120nm,增益介質腔體505的材料采用GaN/InGaN量子阱基材料，折射率的實部為2. 4，第一介質層502和第二介質層507的材料均為銀，復介電函數(shù)色散關系為sAg = Sb -E2p[E(E-iy)Y\ Ep = 9. 5eV, Y = O. 04eV,其中，eAg為銀的復介電函數(shù)，ε b為銀的電介質常數(shù)部分，Ep為銀的自由電子氣的等離子振蕩能量，Y為銀的自由電子氣的振蕩弛豫時間，E為電磁波的振蕩能量。第一隔離層504、第二隔離層506和第三隔離層503的材料均采用MgF2材料，折射率的實部為1.38。與實施例一相比，本實施例在結構上多了基底層501、第二介質層507和第二隔離層506。就本實施例中與實施例一的結構相同部分的功能與益處在此不再贅述。第二介質層507不僅能夠讓較厚的增益介質腔體505發(fā)出的光有效的耦合到第一隔離層504中，而且可以讓等離子激元在第二隔離層506中形成有效反饋振蕩。圖6所示為本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例三的出射激光為波長451nm的H43的距離增益介質腔體其中一側表面200nm處增益腔體YZ截面電場強度分布。圖中，出射激光為波長451nm的H43模。由圖可以看出，第二介質層507包裹增益介質腔體505和第二隔離層506，使得很大部分電磁振蕩能量集中在30nm的第一低隔離層中，增益介質腔體505振蕩的H43模有效地和第一介質層502的金屬表面等離子激元發(fā)生耦合。并且顯示激光可以從第三隔離層503出光口出射。圖7所示為本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例三的出射激光為波長451nm的H43的模距離第一介質層上表面+Z方向15nm處XY水平截面電場強度分布。圖中，出射激光為波長451nm的H43模。從圖中明顯看到本實施例的激光器結構中，增益腔體的H43有效耦合到等離子激元中，第三隔離層503開口有激光出射。通過振蕩譜得到激光品質因子達到154。圖8所示為本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例三的出射激光為波長472nm的F05模的距離增益介質腔體其中一側表面200nm處增益腔體YZ截面電場強度分布。圖中，出射激光為波長472nm的Ftl5模。由圖中可以看出很大部分耦合后的等離子激兀振湯能量集中在30nm的弟一隔尚層504中。
圖9所示為本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器實施例三的出射激光為波長472nm的F05模的距離第一介質層上表面+Z方向15nm處XY水平截面電場強度分布。圖中，出射激光為波長472nm的Ftl5模。由圖中可以看出本實施例的激光器結構中，第二介質層507包裹的增益介質腔體505出現(xiàn)了等離子激元的法布里至珀羅光學振蕩反饋。其品質因子為134。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種等離子激元納米激光器，包括一第一介質層、一第一隔離層、和一增益介質腔體，所述第一隔離層置于所述第一介質層的裸露表面上，所述增益介質腔體置于所述第一隔離層的裸露表面上，其特征在于，所述第一隔離層的厚度與所述增益介質腔體的縱向厚度的比值范圍為小于0. 5。
2.根據(jù)權利要求I所述的等離子激元納米激光器，其特征在于，還包括一第三隔離層，置于所述第一介質層的裸露表面上且圍繞所述第一隔離層。
3.根據(jù)權利要求2所述的等離子激元納米激光器，其特征在于，所述第一隔離層和第三隔離層的材料是同一種，折射率與所述增益介質腔體的折射率的比值均小于0. 75 ;所述第一隔離層和第三隔離層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍均為0. 01至0.I。
4.根據(jù)權利要求I所述的等離子激元納米激光器，其特征在于，所述第一介質層的材料為石墨烯材料或金屬材料；所述金屬材料為金、銀、鋁、銅、鈦、鎳、鉻中任意一種或幾種的合金。
5.根據(jù)權利要求I所述的等離子激元納米激光器，其特征在于，所述第一介質層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍為0. I至0. 5。
6.根據(jù)權利要求I所述的等離子激元納米激光器，其特征在于，所述增益介質腔體的材料為有機材料或無機材料；所述有機材料為含有熒光分子有機聚合物、高分子有機發(fā)光材料的任意一種；所述無機材料為硫化鎘、氧化鋅、氮化鎵、砷化鎵、硒化鎘中任意一種。
7.根據(jù)權利要求I所述的等離子激元納米激光器，其特征在于，所述增益介質腔體的結構為通過元素摻雜形成的量子阱結構或超晶格結構；所述增益介質腔體的水平截面形狀為正方形、三角形、圓形、六邊形、五邊形、橢圓、梯形中任意一種；所述增益介質腔體的縱向厚度與出射激光波長的比值范圍為0. 2至0. 5，橫向寬度與出射激光波長的比值范圍為0. 8至2。
8.根據(jù)權利要求2所述的等離子激元納米激光器，其特征在于，進一步包括一基底層、一第二介質層和一第二隔離層；所述第一介質層置于所述基底層的裸露表面上；所述第二介質層包裹所述增益介質腔體的側壁，且與所述第三隔離層的裸露表面接觸；所述第二隔離層介于所述第二介質層與所述增益介質腔體的側壁之間，且與所述第一金屬層的裸露表面接觸；所述第三隔離層介于所述第二介質層與所述第一介質層之間，且與所述第二隔離層的遠離所述增益介質腔體的表面相接觸。
9.根據(jù)權利要求8所述的等離子激元納米激光器，其特征在于，所述第一隔離層、第二隔離層和第三隔離層的材料是同一種，折射率與所述增益介質腔體的折射率的比值小于0.75 ;所述第一隔離層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍為0. 01至0. 1，所述第二隔離層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍為0. 05至0. 5，所述第三隔離層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍為0. 01至0. I。
10.根據(jù)權利要求8所述的等離子激元納米激光器，其特征在于，所述第一介質層、第二介質層的材料為石墨烯材料或金屬材料；所述金屬材料為金、銀、鋁、銅、鈦、鎳、鉻中任意一種或幾種的合金；所述第一介質層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍為0.I至0. 5，所述第二介質層的厚度與增益介質腔體中出射激光波長的比值范圍為0. I至0.5。
全文摘要
本發(fā)明涉及微納光子器件與激光技術領域。本發(fā)明提供一種等離子激元納米激光器，包括一第一介質層、一第一隔離層、和一增益介質腔體，所述第一隔離層置于所述第一介質層的裸露表面上，所述增益介質腔體置于所述第一隔離層的裸露表面上，其特征在于，所述第一隔離層的厚度與所述增益介質腔體的縱向厚度的比值范圍為小于0.5。本發(fā)明提供的一種等離子激元納米激光器，優(yōu)點在于，減少了激光的閾值。
文檔編號B82Y20/00GK102664350SQ201210060948
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權日2012年3月9日
發(fā)明者徐科, 楊輝, 王建峰, 黃增立 申請人:中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所, 蘇州納維科技有限公司