一种可调谐的石墨烯纳米激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种可调谐的石墨烯纳米激光器，其特征是，包括自下而上顺序叠接的硅基底层和金属介质层，所述金属介质层分为介质层与金属层两部分，其中介质层的上表面覆盖有石墨烯层，所述介质层为类金刚石DLC材料层。这种激光器制备简单、能够提高更强的局域化约束、具备为表面等离子激励电路提供基本单元器件，从而实现更大的带宽超快数据传输。

【技术实现步骤摘要】
一种可调谐的石墨烯纳米激光器
本专利技术涉及光通信
，具体是一种可调谐的石墨烯纳米激光器。
技术介绍
表面等离子体激元(Surfaceplasmonpolaritons，简称SPP)是通过改变金属表面的亚波长结构实现的一种光波与可迁移的表面电荷之间电磁模，可以支持金属与介质界面传输的表面等离子波，从而传输光能量，且不受衍射极限的限制，正因为SPP这种独特的性质，使其在纳米量级操纵光能量发挥着重要的作用，尤其以浙江大学与瑞典皇家理工学院阿尔芬实验室课题组合作在“Novelsurfaceplasmonwaveguideforhighintegrations”一文提出的金属槽SPP波导，设计的波导结构能够实现亚波长量级的光场限制，损耗仅仅为。然而尽管研究人员实现了将光场约束到几十纳米的量级，但设计的波导器件损耗依然很大，无法达到大规模应用的要求；《ADVANCEDOPTICALMATERIALS》在2017年8月刊载了“HybridPlasmonicModesinMultilayerTrenchGratingStructures”虽然具有高达313.81的Q值，但是其对制作工艺要求极高，同样无法进行大规模应用。目前SPP纳米激光器传播距离与制作工艺精度依然非常有限，达不到实现高集成光通信的要求，对于SPP激光器大都集中在传统材料的应用与分析，对于二维材料与介质相结合构成的可调激光器报道较少。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，而提出一种可调谐的石墨烯纳米激光器。这种激光器制备简单、能够提高更强的局域化约束、具备为表面等离子激励电路提供基本单元器件，从而实现更大的带宽超快数据传输。实现本专利技术目的的技术方案是：一种可调谐的石墨烯纳米激光器，包括自下而上顺序叠接的硅基底层和金属介质层，所述金属介质层分为介质层与金属层两部分，其中介质层的上表面覆盖有石墨烯层，所述介质层为类金刚石DLC材料层。所述金属层为银层。石墨烯纳米激光器作为出射波长可调谐的SPP纳米激光器在亚波长尺度器件中的应用，通过改变石墨烯的费米能级与载流子浓度来实现。石墨烯纳米激光器作为出射激光强度可调谐的SPP纳米激光器在亚波长尺度器件中的应用，通过石墨烯层与金属银层之间的间距来调节局域效应来实现。入射光从侧面以任意角度衍射到波导，金属Ag层与类金刚石DLC层在接触面构成金属-介质结构，从而激发SPP，同时，石墨烯层与类金刚石DLC层之间也构成金属-介质结构，产生SPP效应。两种耦合模式产生的SPP沿着金属界面传播，最终在类金刚石DLC材料层、金属Ag层和石墨烯层三种材料交汇的边角处构成金属-介质-金属结构，激发出极强的LSPR效应，通过该模式激发的LSPR，更容易实现高场强高局域化的纳米激光器。金属Ag与其他金属相比具有更低的损耗，更容易实现低阈值的纳米激光器。所述的非极化类金刚石层能够为SPP损耗提供一定的增益补偿，当其结构中原子数为（3N+2）时，可以使得SPP传播距离最长，交汇处的光子局域化现象进一步提高。二维石墨烯可以通过静电控制来改变其费米能级与载流子浓度等物理特性，来改变SPP的耦合模式，更容易实现出射波长可调谐的纳米激光器。石墨烯可以实现更低的传输损耗，产生增强效应将光主要限制在边角处，从而实现高度局域化增强效应和能量约束。这种装置通过改变石墨烯的光学特性或石墨烯层与金属银层之间的间距来调节SPP强局域效应，实现出射强度可调谐的SPP纳米激光器。这种装置可以在亚波长尺寸条件下实现激光出射的特性。这种装置可以为表面等离子领域提供高性能的微腔和可集成的新型有源器件。这种装置能够提高更强的局域化约束，具备为表面等离子激励电路提供基本单元器件，从而实现更大的带宽超快数据传输。这种激光器制备简单、能够提高更强的局域化约束、具备为表面等离子激励电路提供基本单元器件，从而实现更大的带宽超快数据传输。附图说明图1为实施例的结构示意图。图中，1.硅基底层（2）.金属介质层3.类金刚石DLC层4.Ag层5.石墨烯层。具体实施方式下面结合附图和实施例对本
技术实现思路
作进一步阐述，但不是对本专利技术的限定。实施例：参照图1，一种可调谐的石墨烯纳米激光器，包括自下而上顺序叠接的硅基底层1和金属介质层（2），所述金属介质层（2）分为介质层3与金属层4两部分，其中介质层3的上表面覆盖有石墨烯层5，所述介质层3为类金刚石DLC材料层。所述金属层4为银层。石墨烯纳米激光器作为出射波长可调谐的SPP纳米激光器在亚波长尺度器件中的应用，通过改变石墨烯的费米能级与载流子浓度来实现。石墨烯纳米激光器作为出射激光强度可调谐的SPP纳米激光器在亚波长尺度器件中的应用，通过石墨烯层3与金属银层4之间的间距来调节局域效应来实现。入射光从侧面以任意角度衍射到波导，金属Ag层4与类金刚石DLC层3在接触面构成金属-介质结构，从而激发SPP，同时，石墨烯层5与类金刚石DLC层3之间也构成金属-介质结构，产生SPP效应。两种耦合模式产生的SPP沿着金属界面传播，最终在类金刚石DLC材料层3、金属Ag层4和石墨烯层5三种材料交汇的边角处构成金属-介质-金属结构，激发出极强的LSPR效应，通过该模式激发的LSPR，更容易实现高场强高局域化的纳米激光器。金属Ag与其他金属相比具有更低的损耗，更容易实现低阈值的纳米激光器。所述的非极化类金刚石层能够为SPP损耗提供一定的增益补偿，当其结构中原子数为（3N+2）时，可以使得SPP传播距离最长，交汇处的光子局域化现象进一步提高。二维石墨烯可以通过静电控制来改变其费米能级与载流子浓度等物理特性，来改变SPP的耦合模式，更容易实现出射波长可调谐的纳米激光器。石墨烯可以实现更低的传输损耗，产生增强效应将光主要限制在边角处，从而实现高度局域化增强效应和能量约束。这种装置通过改变石墨烯的光学特性或石墨烯层3与金属银层4之间的间距来调节SPP强局域效应，实现出射强度可调谐的SPP纳米激光器。这种装置可以在亚波长尺寸条件下实现激光出射的特性。这种装置可以为表面等离子领域提供高性能的微腔和可集成的新型有源器件。这种装置能够提高更强的局域化约束，具备为表面等离子激励电路提供基本单元器件，从而实现更大的带宽超快数据传输。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调谐的石墨烯纳米激光器，其特征是，包括自下而上顺序叠接的硅基底层和金属介质层，所述金属介质层分为介质层与金属层两部分，其中介质层的上表面覆盖有石墨烯层，所述介质层为类金刚石DLC材料层。

【技术特征摘要】
1.一种可调谐的石墨烯纳米激光器，其特征是，包括自下而上顺序叠接的硅基底层和金属介质层，所述金属介质层分为介质层与金属层两部分，其中介质层的上表面覆盖有石墨烯层，所述介质层为类金刚石DLC材料层。2.根据权利要求1所述的可调谐的石墨烯纳米激光器，其特征是，所述金属层为银层。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱君，徐政杰，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西,45