本发明专利技术公开了一种等离子体耦合模式激光器，包括：一介质材料板层；以及覆盖于该介质材料板层周边上的金属层；其中，该等离子体耦合模式激光器是在介质材料板层周边生长金属层以实现等离子体模式振荡，该等离子体振荡模式同介质材料板层内驻波模式产生耦合，用以调节耦合模式能量分布，并在单维尺度上克服衍射极限，实现激光器件小型化。利用本发明专利技术，可实现对激光器振荡模式能量以及偏振特性的调节，并可在单维上实现亚波长尺度，另一单维尺度上克服衍射极限，实现激光器件小型化和高度集成化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微纳结构研究及等离子体光电子器件
，尤其涉及一类等离子体耦合模式激光器。
技术介绍
激光科学领域中，人们已经成功的设计制造出日益大功率、更快速、更小型化的单色相干性好的光源，例如最近研究报到出基于光子晶体、纳米线等微纳结构的可接近衍射极限尺度的各类激光器件。但是该类激光器在光学模式体积以及器件物理尺寸方面都存在明显的局限性，其尺度都远大于结构内光场的半波长度。因此设计制造可产生激光现象，可实现高度集成化的克服光学衍射极限尺度的纳米量级的光源和激光器仍然是一项基本而关键性的挑战。目前为止研究人员发现，解决这项问题的一个有效方法是引入金属以产生表面等离子体模式，有如文献 I :“S.A. Maier et al, NATUREMATERIALS, 2003 (2) :229_232”报道的表面等离子体模式可以将光场紧密的局限在远低于其衍射极限的尺度范围内，以实现光学器件的小型化和高度集成化。同时也产生金属带来的光学波段的欧姆热阻损耗问题，对基于表面等离子体模式的纳米尺度的激光器件实现带来阻碍，研究人员往往通过引入高增益性的介质材料来补偿该类损耗，改良激光器件性能。其中基于耦合等离子体模式的纳米线等离子体波导可以在一定程度上克服金属引入的欧姆热阻损耗同时保持光学模式远低于衍射极限的极小尺度，有如文献2 :“R. F. Oulton，V. J. Sorger，D. A. Pile，X. Zhang et al, NATURE PHOTONICS, 2008 (2)495-500”报道的用于亚波长尺度光学限制与传输的耦合等离子体波导，等离子体波导由介质材料纳米线与金属层间加入纳米尺度的介质层分隔形成。该类波导同时实现低损耗以及深亚波长的光传输。基于耦合等离子体模式的微盘激光器可以实现亚波长的器件尺度，有如文献3 iiR. Perahia, T. P. Mayer Alegre, 0. Painter et al, APPLIED PHYSICS LETTER, 2009 (95)201114”报道的亚波长微盘激光器中的表面等离子体模式耦合，其微盘激光器的回音壁表面等离子体模式同介质材料内驻波模式可耦合分裂出低损耗特性的光学模式，并在一定长度上实现器件的小型化。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种等离子体耦合模式激光器，该新型耦合模式激光器是在介质材料周边生长金属层以实现等离子体模式振荡，等离子体振荡模式同介质材料内驻波模式产生耦合，用以调节耦合模式能量分布。利用本专利技术，可实现对激光器振荡模式能量以及偏振特性的调节，并可在单维尺度上克服衍射极限，实现激光器件小型化，提高光电子器件集成度。( 二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种等离子体耦合模式激光器，包括一介质材料板层；以及覆盖于该介质材料板层周边上的金属层；其中，该等离子体耦合模式激光器是在介质材料板层周边生长金属层以实现等离子体模式振荡，该等离子体振荡模式同介质材料板层内驻波模式产生耦合，用以调节耦合模式能量分布，并在单维尺度上克服衍射极限，实现激光器件小型化。 上述方案中，所述介质材料板层具有几百个纳米的高度尺寸，用于克服激射波长衍射极限。 上述方案中，所述介质材料板层被金属层覆盖的周边长度尺寸在亚波长到几个微米范围内。上述方案中，所述介质材料板层采用的材料是增益介质材料，该增益介质材料至少为砷化镓或磷化铟。上述方案中，所述金属层的厚度是几百个纳米。上述方案中，所述金属层覆盖于介质材料板层周边，并能够根据实际耦合调节需求除去介质材料板层某一边、两边或者特定位置适当长度的金属层。上述方案中，所述金属层采用的材料是金属材料，该金属材料至少为金、银或铜。上述方案中，所述介质材料板层的纵向截面形状是圆形、椭圆形、正方形或矩形。上述方案中，所述等离子体振荡模式由覆盖于介质材料板层周边上的金属层提供，同介质材料板层内驻波模式长生耦合，实现对激光模式的特定调节。上述方案中，该等离子体耦合模式激光器的工作波长位于可见光、红外波段。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点I、本专利技术提供的这种等离子体耦合模式激光器，是在介质材料周边生长金属层以实现等离子体模式振荡，等离子体振荡模式同介质材料内驻波模式产生耦合，用以调节耦合模式能量分布，并保持激光器内等离子体耦合振荡模式较高的品质因数。利用本专利技术，可实现对激光器振荡模式能量以及偏振特性的调节，并可在单维上实现亚波长尺度，另一单维尺度上克服衍射极限，实现激光器件小型化和高度集成化。2、本专利技术提供的这种等离子体耦合模式激光器，可通过对介质材料板层周边覆盖的金属层进行特定的设计，如除去特定介质材料板层周边位置的金属层、覆盖特定的介质材料板层周边位置，产生对应的等离子体振荡模式对板层内驻波模式实现特定的调节。3、本专利技术提供的这种等离子体耦合模式激光器，可通过调整介质材料板层几何参数、金属层厚度参数等调整等离子体模式振荡波长，可在可见光到红外波段较大范围内满足实际工程中激光器工作波长选择的要求。4、本专利技术提供的这种等离子体耦合模式激光器，可对介质材料板层长度进行缩减，实现亚波长尺寸5、本专利技术提供的这种等离子体耦合模式激光器，通过适当的设计与工艺制作可以灵活采用光学泵浦或者电学泵浦的注入方式。若采用电学方式，覆盖在介质材料板层周边上用于提供等离子体模式的金属层可同时用作电注入激光器的电极。6、本专利技术提供的这种等离子体耦合模式激光器，采用普遍的各类薄膜生长、外延生长、曝光、腐蚀等半导体加工工艺制作。附图说明图I为本专利技术提供的三维坐标下，离子体耦合模式激光器结构示意图及其结构参数，xyz坐标中心原点位介质材料板层结构几何中心，其中a为介质材料板层及金属层高度，b为介质材料板层周边金属层边长，c为金属层厚度。图2为本专利技术提供的特定结构参数下，等离子体耦合模式激光器耦合模式频谱。 图3为本专利技术提供的等离子体耦合模式激光器z = O剖面内耦合模式电场强度分布。图4为本专利技术提供的等离子体耦合模式激光器I = O剖面内耦合模式电场强度分布。具体实施例方式为使本专利技术的目的、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，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术提供的这种等离子体耦合模式激光器，是在介质材料周边生长金属层以实现等离子体模式振荡，等离子体振荡模式同介质材料内驻波模式产生耦合，用以调节耦合模式能量分布，并保持激光器内等离子体耦合振荡模式较高的品质因数。利用本专利技术，可实现对激光器振荡模式能量以及偏振特性的调节，并可在单维上实现亚波长尺度，另一单维尺度上克服衍射极限，实现激光器件小型化和高度集成化。如图I所示，图I为本专利技术提供的三维坐标下离子体耦合模式激光器结构示意图，该等离子体耦合模式激光器包括一介质材料板层；以及覆盖于该介质材料板层周边上的金属层；其中，该等离子体耦合模式激光器是在介质材料板层周边生长金属层以实现等离子体模式振荡，该等离子体振荡模式同介质材料板层内驻波模式产生耦合，用以调节耦合模式能量分布，并在单维尺度上克服衍射极限，实现激光器件小型化。其中，介质材料板层具有几百个纳米的高度尺寸，用于克服激射波长衍射极限。介质材料板层被金属层覆盖的周边本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑婉华，付非亚，王宇飞，晏新宇，周文君，陈微，
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：
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