一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔制造技术

本公开提供一种一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，包括：金属基板，为单晶金属制成；多个介质块，设置于所述金属基板表面，所述多个介质块高度相同且沿直线排列构成纳米颗粒链结构；通过改变所述多个介质块的设置参数以提高增益。提高增益。提高增益。

【技术实现步骤摘要】
一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔


[0001]本公开涉及激光、微纳系统、光子晶体
，尤其涉及一种一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔。

技术介绍

[0002]激光器自问世以来便处于飞速发展之中。目前，小型化、集成化是激光器的发展趋势。然而在激光器小型化的过程中，传统的光子模式激光器受到衍射极限的限制，难以在纳米尺度继续缩小，不能满足未来大规模光子集成技术的发展要求。因而表面等离激元模式激光器作为突破衍射极限问题的一种方法而得到发展。
[0003]表面等离激元激光器已在多种结构中实现。其中半导体
‑
金属型纳米线结构因其结构简单，利于实现电泵浦的优点得到关注。纳米线激光器中的半导体纳米线既是激光器的增益介质，也是构成激光器必要的谐振腔。其工作过程为通过光泵浦在增益介质里产生激子，激子把能量转移给等离激元，在纳米线微腔中振荡放大。这种激光器可以将表面等离激元限制在纳米尺度的金属表面，从而极大地压缩了电磁场在空间上的分布尺度，构成远超衍射极限并具有超快动力学特性的纳米尺度相干光源。
[0004]然而由于半导体
‑
金属型纳米线结构不存在绝缘介质层，导致损耗较高，使得激光器的性能仍有进一步的提升空间。为提升激光器的性能，需要改进激光器的微腔结构，以降低激光器的辐射损耗，提升Q值。另外，传统半导体激光器还存在着阈值高、发散角大和量子转换效率低、单色性差等缺点。

技术实现思路

[0005]基于上述问题，本公开提供了一种一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，以缓解现有技术中上述技术问题。
[0006](一)技术方案
[0007]本公开提供一种一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，包括：金属基板，为单晶金属制成；多个介质块，设置于所述金属基板表面，所述多个介质块高度相同且沿直线排列构成纳米颗粒链结构；通过改变所述多个介质块的设置参数以提高增益。
[0008]根据本公开实施例，所述金属基板表面平均粗糙度不高于0.8nm。
[0009]根据本公开实施例，所述介质块的形状为椭圆柱形。
[0010]根据本公开实施例，介质块的设置参数包括介质块的长度，介质块的宽度，介质块的高度，介质块的数量，相邻介质块的间距。
[0011]根据本公开实施例，纳米颗粒链结构包括中间渐变部分和中间渐变部分两侧的边缘周期部分。
[0012]根据本公开实施例，纳米颗粒链结构中介质块成对称分布，中间渐变部分中相邻介质块的间距由中心向两边逐渐增大，介质块的宽度由中心向两边逐渐增大。
[0013]根据本公开实施例，边缘周期部分中的介质块相同且间距设置相等。
[0014]根据本公开实施例，相邻介质块的间距取值范围为160nm～280nm。
[0015]根据本公开实施例，椭圆柱形介质块的高度取值范围为100nm～200nm，介质块的长度取值范围为120nm～200nm，以实现可见光与红外波长下纳米线中的单模传输；介质块的宽度取值范围为60nm～150nm。
[0016]根据本公开实施例，金属基板的制备材料选自金、银、铜、铝、镍，介质块的制备材料选自杂化有机
‑
无机钙钛矿材料，介质块的数量取值范围为15～23。
[0017](二)有益效果
[0018]从上述技术方案可以看出，本公开一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
[0019](1)能够突破衍射极限的限制，可以更好地实现激光器的小型化；
[0020](2)可以有效提升微腔的品质因数，Q值相对普通周期均匀介质块微腔提升了2～3倍；
[0021](3)可以对特定光进行调控，有效实现选模功能；
[0022](4)结构简单，且易于微纳加工实验工艺的实施；
[0023](5)有利于等离激元激光器在半导体集成工艺中的应用，且具有更好的超快动力学特性。
附图说明
[0024]图1为本公开实施例的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔的三维结构示意图。
[0025]图2为本公开实施例的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔的正视角度结构示意图。
[0026]图3为本公开实施例的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔的侧视角度结构示意图。
[0027]图4为本公开实施例的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔的俯视角度结构示意图。
[0028]图5为本公开实施例的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔结构在不同频率时分别对应的Q值图。
[0029]图6为本公开实施例的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔在特征频率为430THz时的电场分布图。
[0030]图7a为本公开实施例的表面等离激元激光器微腔在不同宽度时分别对应的能带对比示意图。
[0031]图7b为本公开实施例的表面等离激元激光器微腔在不同间隔时分别对应的能带对比示意图。
[0032]图8为本公开实施例的表面等离激元激光器微腔和普通周期均匀激光器微腔结构分别对应的Q值对比图。
[0033]【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
[0034]1‑
金属基板；2
‑
介质块；3
‑
光泵浦激励源。
具体实施方式
[0035]本公开提供了一种一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔结构，其特征在于：包括金属基板和由不同尺寸的椭圆柱形介质块组成的纳米颗粒链状结构；所述椭圆柱形介质块放置于所述金属基板表面；所述椭圆柱形介质块高度相同，中心点位于一条直线上；所述椭圆柱形介质块组成的纳米颗粒链左右对称；通过改变所述介质块的尺寸、间隔与个数进行优化，以达到最大程度提高增益，减小损耗的目的。
[0036]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
[0037]在本公开实施例中，提供一种一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，结合图1至图4所示，所述一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，包括：
[0038]金属基板1，为单晶金属制成；
[0039]多个介质块2，设置于所述金属基板表面，所述多个介质块高度相同且沿直线排列构成纳米颗粒链结构；
[0040]通过改变所述多个介质块的设置参数以提高增益。
[0041]介质块的设置参数包括介质块的长度，介质块的宽度，介质块的高度，介质块的数量，相邻介质块的间距。
[0042]所述金属基板的金属晶体类型为单晶金属，表面光洁，平均粗糙度低，达到0.8nm。
[0043]根据本公开实施例，金属基板1的制备材料在金、银、铜、铝、镍中选择，若存在可以进一步降低金属损耗且不影响表面等离激元产生的金属也可以使用。
[0044]根据本公开实施例，纳米颗粒链结构由高度相同，尺寸不同的椭圆柱形介质块直线型排列成一排而构成。
[0045]根据本公开实施例，椭圆柱形介质块组成的纳米颗粒链结构包含两个部分，分别为中间渐变部分和边缘周本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，包括：金属基板，为单晶金属制成；多个介质块，设置于所述金属基板表面，所述多个介质块高度相同且沿直线排列构成纳米颗粒链结构；通过改变所述多个介质块的设置参数以提高增益。2.根据权利要求1所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，所述金属基板表面平均粗糙度不高于0.8nm。3.根据权利要求1所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，所述介质块的形状为椭圆柱形。4.根据权利要求3所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，介质块的设置参数包括介质块的长度，介质块的宽度，介质块的高度，介质块的数量，相邻介质块的间距。5.根据权利要求4所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，纳米颗粒链结构包括中间渐变部分和中间渐变部分两侧的边缘周期部分。6.根据权利要求5所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，纳米颗粒链结构中介质块成对称分布，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晶，康亚茹，彭轩然，李兆峰，颜伟，刘孔，王晓晖，毛旭，杨富华，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：