基于金属腔表面等离激元激光可控输出装置及其输出方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于金属腔表面等离激元激光可控输出装置及其输出方法，输出装置包括表面等离激元激光器及激光输出波导；表面等离激元激光器包括金属腔和表面等离激元波导；金属腔包括第一腔镜和第二腔镜，第一腔镜开设输出窗口；表面等离激元波导包括透明衬底层、位于透明衬底层上的增益介质层、位于增益介质层上的绝缘介质层和位于绝缘介质层上的金属膜层；金属腔和表面等离激元波导是利用刻蚀技术嵌入在表面等离激元激光器中，且刻蚀深度延伸至透明衬底层；激光输出波导和第一腔镜的输出窗口相连，通过输出窗口输出激光及控制激光能量，通过激光输出波导控制激光传输方向。它具有如下优点：不仅能输出激光而且激光输出的能量及方向可控。量及方向可控。量及方向可控。

【技术实现步骤摘要】
基于金属腔表面等离激元激光可控输出装置及其输出方法


[0001]本专利技术涉及微型激光器领域，尤其涉及基于金属腔表面等离激元激光可控输出装置及其输出方法。

技术介绍

[0002]自激光器专利技术以来，其尺寸的小型化始终是一个重要的研究方向，其目的是为了获得体积更小、功耗更低、速度更快的激光光源。常规激光器中,增益介质通过受激辐射放大光子，因而激光器尺寸受光学衍射极限限制，最小尺度在波长量级(对可见光来说，大约几百纳米)。等离激元纳米激光器通过放大等离激元而非光子，可以突破光学衍射极限，实现深亚波长纳米尺度相干光源，在基础光物理，数据通讯、光电集成等领域有着关键性应用。
[0003]目前公开的基于金属腔的表面等离激元激光器所产生的表面等离激元激光都被牢牢地限制在金属腔内，并没有真正实现表面等离激元激光以表面等离激元的形式输出到腔外，这极大地限制了表面等离激元激光在光电集成芯片上的应用，如中国专利数据库公开的CN201810007648.X。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了基于金属腔表面等离激元激光可控输出装置及其输出方法，其克服了
技术介绍
中所存在的不足。
[0005]本专利技术解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：基于金属腔表面等离激元激光可控输出装置，包括：
[0006]表面等离激元激光器，它包括金属腔和表面等离激元波导；该金属腔包括第一腔镜和第二腔镜，第一腔镜开设输出窗口；该表面等离激元波导包括透明衬底层、位于透明衬底层上的增益介质层、位于增益介质层上的绝缘介质层和位于绝缘介质层上的金属膜层；该金属腔和表面等离激元波导是利用刻蚀技术嵌入在表面等离激元激光器中，且刻蚀深度延伸至透明衬底层；及
[0007]激光输出波导，它和第一腔镜的输出窗口相连，通过输出窗口输出激光及控制激光能量，通过激光输出波导控制激光传输方向。
[0008]一较佳实施例之中：还包括：
[0009]反射镜，它以45
°
倾斜角设在激光输出波导的末端，用来观察波导中的表面等离激元激光。
[0010]一较佳实施例之中：该输出窗口沿第一腔镜和第二腔镜的间隔方向贯穿第一腔镜布置，该激光输出波导由输出窗口周缘沿背离第二腔镜方向延伸而成，该激光输出波导内形成接通输出窗口的激光输出通道，该激光输出通道由输出窗口向外呈渐大布置。
[0011]一较佳实施例之中：该激光输出波导的结构为直线型、环形、半圆形、S形或Y形金属波导。
[0012]一较佳实施例之中：该金属腔和激光输出波导的制备方法包括：利用刻蚀技术在表面等离激元波导上刻蚀出一个与金属腔和激光输出波导同样形状和尺寸的区域；在上述刻蚀后的区域上覆盖一层金属膜，以使被刻蚀的区域完全填充满金属从而形成金属腔和激光输出波导。
[0013]一较佳实施例之中：该金属腔由第一腔镜和第二腔镜两个垂直银反射镜组成，两个银反射镜之间的距离为5
‑
7μm，宽度均为2.5
‑
3.5μm，厚度为350
‑
450nm，银反射镜的顶端与金属膜层相连接，最底端位于透明衬底层中，且在透明衬底层中的刻蚀深度为120
‑
140nm。
[0014]一较佳实施例之中：该金属膜层为180
‑
220nm厚的银金属膜，该绝缘介质层为5
‑
50nm厚的二氟化镁膜，该增益介质层为硒化镉纳米带且厚度为160
‑
200nm；该增益介质层紧贴在绝缘介质层表面上且其间无间隙，该金属膜层镀在绝缘介质层上。
[0015]本专利技术解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：所述的基于金属腔表面等离激元激光可控输出装置之输出方法，包括：
[0016]泵浦光经透明衬底层一侧入射至金属腔中的增益介质层上；
[0017]当泵浦光功率超过表面等离激元模式的激射阈值，金属腔中形成表面等离激元激光；
[0018]表面等离激元激光通过输出窗口并沿激光输出波导输出激光。
[0019]本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：还包括激光输出波导，第一腔镜设输出窗口，激光输出波导和第一腔镜的输出窗口相连，通过输出窗口输出激光及控制激光能量，通过激光输出波导控制激光传输方向，不仅能输出激光而且激光输出的能量及方向可控，能很好地与半导体集成芯片兼容。带输出窗口的金属腔是通过刻蚀技术制成，能实现表面等离激元激光输出能量的精确可控。
附图说明
[0020]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。
[0021]图1是本具体实施方式的表面等离激元激光可控输出装置的结构示意图；
[0022]图2是本具体实施方式的表面等离激元激光可控输出装置的俯视扫描电子显微镜图。
[0023]图3是本具体实施方式的表面等离激元激光可控输出装置用CCD相机捕捉到的金属波导末端银反射镜处有表面等离激元激光输出时的图像。
[0024]图4是本具体实施方式的表面等离激元激光可控输出装置在不同泵浦光功率密度下的发射光谱。
[0025]标号说明：2
‑
金属腔、3
‑
激光输出波导、4
‑
金属反射镜。
具体实施方式
[0026]请查阅图1和图2，基于金属腔表面等离激元激光可控输出装置，包括表面等离激元激光器和激光输出波导，该表面等离激元激光器和激光输出波导相连。该表面等离激元激光器包括金属腔2和表面等离激元波导，该表面等离激元波导包括高折射率透明衬底层14、位于高折射率衬底层14上的增益介质层13、位于增益介质层13上的绝缘介质层12和位
于绝缘介质层12上的金属膜层11；该金属腔2包括第一腔镜21和第二腔镜22，第一腔镜21开设输出窗口，该激光输出波导3和第一腔镜21的输出窗口相连；为便于观察表面等离激元激光，在激光输出波导3之背向输出窗口的末端外设一个倾斜角为45
°
的银反射镜4，银反射镜4可以实现表面等离激元激光和传播场的高效率耦合；该金属腔2和表面等离激元输出波导是利用刻蚀技术嵌入在表面等离激元激光器中，且刻蚀深度延伸至透明衬底层14。具体结构中：该金属膜层11是200nm厚的银金属膜，该绝缘介质层12是6nm厚的二氟化镁膜，该增益介质层13为硒化镉纳米带且厚度为180nm；该增益介质层13紧贴在绝缘介质层12表面上且其间无间隙，该金属膜11镀在绝缘介质层12上；该金属腔2由第一腔镜21和第二腔镜22两个垂直银反射镜组成，两个银反射镜之间的距离为6μm，宽度均为3μm，厚度为400nm，银反射镜的顶端与金属膜层11相连接，最底端位于衬底层14中，且在衬底层14中的刻蚀深度为130nm；高折射率衬底层14的折射率如1.8～4；该输出窗口沿两腔镜间隔方向贯穿第一腔镜布置，该激光输出波导3由输出窗口周缘沿背离第二腔镜22方向延伸而成，该激光输出波导3内形成接通输出窗口的激光输出通道，该激光输出通道由输出窗口向外呈渐大布置，波导长度为5μm，激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于金属腔表面等离激元激光可控输出装置，其特征在于：包括：表面等离激元激光器，它包括金属腔和表面等离激元波导；该金属腔包括第一腔镜和第二腔镜，第一腔镜开设输出窗口；该表面等离激元波导包括透明衬底层、位于透明衬底层上的增益介质层、位于增益介质层上的绝缘介质层和位于绝缘介质层上的金属膜层；该金属腔和表面等离激元波导是利用刻蚀技术嵌入在表面等离激元激光器中，且刻蚀深度延伸至透明衬底层；及激光输出波导，它和第一腔镜的输出窗口相连，通过输出窗口输出激光及控制激光能量，通过激光输出波导控制激光传输方向。2.根据权利要求1所述的基于金属腔表面等离激元激光可控输出装置，其特征在于：还包括：反射镜，它以45
°
倾斜角设在激光输出波导的末端，用来观察波导中的表面等离激元激光。3.根据权利要求1所述的基于金属腔表面等离激元激光可控输出装置，其特征在于：该输出窗口沿第一腔镜和第二腔镜的间隔方向贯穿第一腔镜布置，该激光输出波导由输出窗口周缘沿背离第二腔镜方向延伸而成，该激光输出波导内形成接通输出窗口的激光输出通道，该激光输出通道由输出窗口向外呈渐大布置。4.根据权利要求1所述的基于金属腔表面等离激元激光可控输出装置，其特征在于：该激光输出波导的结构为直线型、环形、半圆形、S形或Y形金属波导。5.根据权利要求1所述的基于金属腔表面等离激元激光可控输出装置，其特征在于：该金属腔和激光输出波导的制备方法包括：利用刻蚀技术在表面等离激...

【专利技术属性】
技术研发人员：温秋玲，韦新宇，汪晖，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：