等离激元激光器微腔及其制备方法技术

本公开提供一种等离激元激光器微腔，包括：金属基板，其上设置有多个凹槽；以及半导体纳米线，对应所述多个凹槽上方设置于所述金属基板表面。同时还提供一种等离激元激光器微腔的制备方法，用于制备上述等离激元激光器微腔，包括：操作S1：以云母为基底在其上生长金属基板；操作S2：在所述金属基板上刻蚀多个凹槽；以及操作S3：对应所述多个凹槽上方在所述金属基板表面制备半导体纳米线。基板表面制备半导体纳米线。基板表面制备半导体纳米线。

【技术实现步骤摘要】
等离激元激光器微腔及其制备方法


[0001]本公开涉及激光/微纳系统
，尤其涉及一种等离激元激光器微腔及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统半导体激光器被专利技术以来，在各领域得到广泛应用，随着新技术的发展，对半导体激光器提出新的需求：小型化、低阈值等。半导体激光器的小型化在不断进行中，当进一步的小型化就受到了光学衍射极限的限制，近些年的小型化聚焦于表面等离激元效应。
[0003]表面等离激元由金属结构产生，介质周围的增益材料对表面等离激元进行放大，并在纳米尺度的谐振腔中谐振，能够将激光器的模式尺寸和物理尺寸同时降低到半波长以下，从而构成远超越衍射极限并具有超快动力学特性的纳米尺度相干光源。
[0004]几种典型等离激元激光器的不同结构，分别有半导体
‑
绝缘体
‑
金属结构、核、壳纳米粒子结构，金属粒子阵列、半导体
‑
金属结构等，它们能够实现表面等离激元的传输、放大，构成激光微腔。但是金属固有欧姆损耗阻碍了表面等离激元的受激放大，导致对增益介质的要求更加严格，对等离激元纳米线微腔的设计提出了更高的要求，尤其是对于品质因数的要求。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]基于上述问题，本公开提供了一种等离激元激光器微腔及其制备方法，以缓解现有技术中激光器小型化的过程中受到光学衍射极限的限制、品质因数较低等技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]本公开的一个发面，提供一种等离激元激光器微腔，包括：金属基板，其上设置有多个凹槽；以及半导体纳米线，对应所述多个凹槽上方设置于所述金属基板表面。
[0009]根据本公开实施例，所述凹槽内填充有介质材料。
[0010]根据本公开实施例，所述凹槽内填充有介质材料，所述介质材料为空气。
[0011]根据本公开实施例，所述凹槽为圆柱形凹槽。
[0012]根据本公开实施例，所述半导体纳米线结构为矩形波导结构，所述半导体纳米线的制备材料选自有机
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无机复合甲氨基
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铅卤钙钛矿材料、有机
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无机复合甲胺基
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锡卤钙钛矿材料、无机
‑
无机复合绝
‑
铅卤钙钛矿材料或者无机
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无机复合绝
‑
锡卤钙钛矿材料。
[0013]根据本公开实施例，所述凹槽的直径为d1，凹槽中的介质材料的有效波长为λ1，则d1＝λ1/4；所述相邻凹槽的间隔距离为d2，金属基板材料的有效波长为λ2，则d2＝λ2/4。
[0014]根据本公开实施例，所述金属基板的制备材料选自金、银、铜、铝。
[0015]本公开的另一方面，提供一种等离激元激光器微腔的制备方法，包括：操作SI：以云母为基底在其上生长金属基板；操作S2：在所述金属基板上刻蚀多个凹槽；以及操作S3：对应所述多个凹槽上方在所述金属基板表面制备半导体纳米线。
[0016]根据本公开实施例，操作S3时，以玻璃/聚乙撑二氧噻吩聚磺苯乙烯为基片进行CH3NH3PbI3钙钛矿纳米线的合成。
[0017]根据本公开实施例，所述以玻璃/聚乙撑二氧噻吩聚磺苯乙烯为基片进行CH3NH3PbI3钙钛矿纳米线的合成，包括：操作S31：在经过超纯水及紫外线臭氧清洗过的玻璃片上旋涂一层高亲水性的PEDOT：PSS作为缓冲，得到基片；操作S32：将所述基片在150℃条件下退火15min，退火完毕后使基片温度在15min内冷却至65℃；操作S33：在基片表面点涂30mL的非饱和三水合醋酸铅、乙二醇甲醚溶液，该溶液能够在PEDOT：PSS缓冲层上舒展开形成薄膜，然后将得到的样品在65℃条件下退火30min；操作S34：当样品冷却至室温后，将其面朝上或者面朝下放入1mL浓度为40mg/mL的甲基碘化胺/异丙醇溶液中，生长得到CH3NH3PbI3样品；以及操作S35：将聚二甲基硅氧烷按压在合成的CH3NH3PbI3样品上进行吸附，再将吸附有CH3NH3PbI3样品的聚二甲基硅氧烷按压在金属基板上，使CH3NH3PbI3样品能够充分接触到金属基板，并依靠分子间作用力停留在金属基板表面得到CH3NH3PbI3钙钛矿纳米线。
[0018](三)有益效果
[0019]从上述技术方案可以看出，本公开等离激元激光器微腔及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
[0020](1)微腔结构在模式尺寸和外观尺寸上突破衍射极限，能够更好的实现为等离激元激光器；
[0021](2)该结构相比于普通结构，品质因数提升3
‑
4倍；
[0022](3)结构简单、容易实现电泵浦、易于微纳加工实施。
附图说明
[0023]图1为本公开实施例所示的表面等离激元激光器微腔的侧视结构示意图。
[0024]图2为本公开实施例所示的表面等离激元激光器微腔的二维正视结构示意图。
[0025]图3为本公开实施例图1所示的表面等离激元激光器微腔沿着A
‑
A线、图2所示的表面等离激元激光器微腔沿着B
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B线，剖开之后对应的剖面结构示意图。
[0026]图4为本公开实施例所示的表面等离激元激光器微腔的二维俯视结构示意图。
[0027]图5为根据本公开实施例所示的表面等离激元激光器微腔的制备方法流程图。
[0028]【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
[0029]1‑
金属基板；2
‑
凹槽；3
‑
半导体纳米线。
具体实施方式
[0030]本公开提供了一种等离激元激光器微腔及其制备方法，该激光器基于纳米尺寸表面等离激元激光器微腔，通过金属
‑
半导体结构的激光器微腔，能够实现表面等离激元在其腔内有效放大、谐振，实现较高的品质因数。
[0031]在实现本公开的过程中专利技术人发现，SPP通过将光学模式缩小到远低于真空波长，从而能够打破传统光学的衍射极限，并有效提升了等离激元激光器微腔的品质因数。一条相当尺寸的长方体纳米线放置在金属基板上，当导行电磁波沿着该波导结构传输时，模式被局域在金属与纳米线界面处，在金属中是急剧衰减的情况，模式较多的存在于钙钛矿纳
米线中，电磁能量在纳米线中传输，传输具有更高的束缚性。而光学中常用的分布式布拉格反射器，高折射介质开始和结束，高低折射率介质呈周期性排列，在光密界面反射时，波会经历半个周期的相移。由此产生的总相移为一个周期，这意味着来自相邻界面的连续反射将是同相的，会产生相长干涉，对于反射率的提升是显著的。将增益介质直接放置在金属上，使用非杂化等离子体波导，由于未采用介质层，为进一步实现电泵浦激发铺平了道路。从而本申请以此基础，设计分布式布拉格反射器应用在腔结构中能有效提高反射率，与等离激元激光器微腔结合，分布式布拉格反射器结构能使纳米线微腔中存本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离激元激光器微腔，包括：金属基板，其上设置有多个凹槽；以及半导体纳米线，对应所述多个凹槽上方设置于所述金属基板表面。2.根据权利要求1所述的等离激元激光器微腔，所述凹槽内填充有介质材料。3.根据权利要求1所述的等离激元激光器微腔，所述凹槽内填充有介质材料，所述介质材料为空气。4.根据权利要求1所述的等离激元激光器微腔，所述凹槽为圆柱形凹槽。5.根据权利要求1所述的等离激元激光器微腔，所述半导体纳米线结构为矩形波导结构，所述半导体纳米线的制备材料选自有机
‑
无机复合甲氨基
‑
铅卤钙钛矿材料、有机
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无机复合甲胺基
‑
锡卤钙钛矿材料、无机
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无机复合绝
‑
铅卤钙钛矿材料或者无机
‑
无机复合绝
‑
锡卤钙钛矿材料。6.根据权利要求4所述的等离激元激光器微腔，所述凹槽的直径为d1，凹槽中的介质材料的有效波长为λ1，则d1＝λ1/4；所述相邻凹槽的间隔距离为d2，金属基板材料的有效波长为λ2，则d2＝λ2/4。7.根据权利要求1所述的等离激元激光器微腔，所述金属基板的制备材料选自金、银、铜、铝。8.一种等离激元激光器微腔的制备方法，包括：操作S1：以云母为基底在其上生长金属基板；操作S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李万里，彭轩然，李兆峰，杨富华，王晓东，
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：