一種光學(xué)增益的金納米線增強(qiáng)表面等離子體的傳播裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種光學(xué)增益的金納米線增強(qiáng)表面等離子體的傳播裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]表面等離子體激元(Surface plasmon polariton，簡(jiǎn)稱SPP)是通過(guò)改變金屬表面的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的一種光波與可迀移的表面電荷之間電磁模，可以支持金屬與介質(zhì)界面?zhèn)鬏數(shù)谋砻娴入x子波，從而傳輸光能量，且不受衍射極限的限制。正因?yàn)镾PP這種獨(dú)特的性質(zhì)，使其在納米量級(jí)操縱光能量發(fā)揮著重要的作用。尤其以浙江大學(xué)與瑞典皇家理工學(xué)院阿爾芬實(shí)驗(yàn)室課題組合作在 “Novel surface plasmon waveguide for high integrat1ns”一文提出的金屬槽SPP波導(dǎo)，設(shè)計(jì)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)亞波長(zhǎng)量級(jí)的光場(chǎng)限制，損耗僅僅為4 dB/μπι。然而盡管研究人員實(shí)現(xiàn)了將光場(chǎng)約束到幾十納米的量級(jí)，但設(shè)計(jì)的波導(dǎo)器件損耗依然很大，無(wú)法達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用的要求。
[0003]《Nature Photonics》在2010年4卷第6期382-387頁(yè)上登載了 “Amplificat1n oflong-range surface plasmons by a dipolar gain medium” ——文，De Leon和Berini報(bào)道了采用條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)SPP無(wú)損傳播損耗補(bǔ)償。盡管這一結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)增益和SPP增強(qiáng)，但目前研究發(fā)現(xiàn)條形波導(dǎo)的SPP局域化優(yōu)勢(shì)較弱，這在一定程度上降低了SPP亞波長(zhǎng)元件的優(yōu)勢(shì)。顯然實(shí)現(xiàn)SPP傳播中的損耗-補(bǔ)償和局域化效應(yīng)增強(qiáng)是SPP亞波長(zhǎng)元件向?qū)嵱眯娃D(zhuǎn)變的首要目標(biāo)。
[0004]通過(guò)檢索和查新發(fā)現(xiàn)，目前大都采用條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和金屬薄膜增強(qiáng)SPP局域化效應(yīng)，但這些結(jié)構(gòu)局域化效果依然無(wú)法達(dá)到光電子器件集成的要求，而且光傳播距離有限。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種光學(xué)增益的金納米線增強(qiáng)表面等離子體的傳播裝置。這種裝置能夠在可見光頻率納米級(jí)數(shù)據(jù)傳輸中實(shí)現(xiàn)更大的帶寬優(yōu)勢(shì)、且具備了強(qiáng)模式約束，可以實(shí)現(xiàn)SPP增益補(bǔ)償。
[0006]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是:
[0007]—種光學(xué)增益的金納米線增強(qiáng)表面等離子體的傳播裝置，包括順序疊接的基底層、L形玻璃層、染料層、Au納米線陣列波導(dǎo)層，其中玻璃層L形長(zhǎng)邊的外端面與染料層疊接，L形長(zhǎng)邊的內(nèi)端面與基底層疊接。
[0008]所述的基底層為二氧化硅基底層。
[0009]所述的Au納米線陣列波導(dǎo)層為Au納米線陣列波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。用了陣列結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠提高SPP強(qiáng)局域化特點(diǎn)。
[0010]所述的染料層采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，通過(guò)電泳的方法沉積在玻璃襯底表面上。
[0011]所述的玻璃層為高透射率BK7玻璃。
[0012]所述的Au納米線采用液晶模板法制備。
[0013]所述的二氧化硅基底層能阻擋絕大部分SPP傳播中的反射光和折射光，減少SPP傳播損耗。
[0014]通過(guò)He-Ne激光器出射波長(zhǎng)632nm的激光入射玻璃層到NW(nanowire，納米線)的一端實(shí)現(xiàn)SPP激光，488nm的氬離子激光器對(duì)Au納米線中間位置進(jìn)行寬范圍的照射，在Au納米線陣列的另一端面實(shí)現(xiàn)光子與SPP能量轉(zhuǎn)化，由于對(duì)稱性克服了動(dòng)量不匹配，這樣可以顯著增強(qiáng)出射光功率，通過(guò)控制光學(xué)增益染料濃度實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)強(qiáng)度增加量。
[0015]這種裝置采用經(jīng)典的Kretschmann結(jié)構(gòu)激發(fā)SPP，采用了亞波長(zhǎng)光學(xué)元件中Au納米線實(shí)現(xiàn)SPP傳播，通過(guò)栗浦光進(jìn)一步增強(qiáng)了 SPP強(qiáng)局域效應(yīng)，采用了染料增益增加SPP傳播距離，在無(wú)需犧牲波導(dǎo)的亞波長(zhǎng)尺寸下實(shí)現(xiàn)了提高SPP傳播距離，這一種裝置可以為SPP在新型光子器件、寬帶通訊系統(tǒng)、微小光子回路、光電子集成等方面應(yīng)用提供關(guān)鍵器件。
[0016]這種裝置能夠在可見光頻率納米級(jí)數(shù)據(jù)傳輸中實(shí)現(xiàn)更大的帶寬優(yōu)勢(shì)、且具備了強(qiáng)模式約束，可以實(shí)現(xiàn)SPP增益補(bǔ)償。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中，1.He-Ne激光器2.氬離子激光器3.Au納米線陣列波導(dǎo)層4.染料層5.玻璃層6.基底層。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本【實(shí)用新型內(nèi)容】作進(jìn)一步的闡述，但不是對(duì)本實(shí)用新型的限定。
[0020]實(shí)施例:
[0021]參照?qǐng)D1，一種光學(xué)增益的金納米線增強(qiáng)表面等離子體的傳播裝置，包括順序疊接的基底層6、L形玻璃層5、染料層4、Au納米線陣列波導(dǎo)層3，其中玻璃層5L形長(zhǎng)邊的外端面與染料層4疊接，L形長(zhǎng)邊的內(nèi)端面與基底層6疊接。
[0022]基底層6為二氧化硅基底層。二氧化硅基底層能阻擋絕大部分SPP傳播中的反射光和折射光，減少SPP傳播損耗。
[0023]Au納米線陣列波導(dǎo)層3為Au納米線陣列波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。用了陣列結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠提高SPP強(qiáng)局域化特點(diǎn)。Au納米線采用液晶模板法制備。
[0024]染料層4采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，通過(guò)電泳的方法沉積在玻璃襯底表面上。
[0025]L形玻璃層5為高透射率BK7玻璃。
[0026]通過(guò)He-Ne激光器I出射波長(zhǎng)632nm的激光入射玻璃層5到NW(nanowire，納米線)的一端實(shí)現(xiàn)SPP激光，488nm的氬離子激光器2對(duì)Au納米線中間位置出射488nm的栗浦光進(jìn)行寬范圍的照射，在Au納米線陣列的另一端面實(shí)現(xiàn)光子與SPP能量轉(zhuǎn)化，由于對(duì)稱性克服了動(dòng)量不匹配，這樣可以顯著增強(qiáng)出射光功率，通過(guò)控制光學(xué)增益染料濃度實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)強(qiáng)度增加量。
[0027]這種裝置采用經(jīng)典的Kretschmann結(jié)構(gòu)激發(fā)SPP，采用了亞波長(zhǎng)光學(xué)元件中Au納米線實(shí)現(xiàn)SPP傳播，通過(guò)栗浦光進(jìn)一步提高了 SPP強(qiáng)局域效應(yīng)，采用了染料增益增加SPP傳播距離，在無(wú)需犧牲波導(dǎo)的亞波長(zhǎng)尺寸下實(shí)現(xiàn)了提高SPP傳播距離。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光學(xué)增益的金納米線增強(qiáng)表面等離子體的傳播裝置，其特征是，包括順序疊接的基底層、L形玻璃層、染料層、Au納米線陣列波導(dǎo)層，其中玻璃層L形長(zhǎng)邊的外端面與染料層疊接，L形長(zhǎng)邊的內(nèi)端面與基底層疊接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)增益的金納米線增強(qiáng)表面等離子體的傳播裝置，其特征是，所述的Au納米線陣列波導(dǎo)層為Au納米線陣列波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種光學(xué)增益的金納米線增強(qiáng)表面等離子體的傳播裝置，其特征是，包括順序疊接的基底層、L形玻璃層、染料層、Au納米線陣列波導(dǎo)層，其中玻璃層L形長(zhǎng)邊的外端面與染料層疊接，L形長(zhǎng)邊的內(nèi)端面與基底層疊接。Au納米線陣列波導(dǎo)層為Au納米線陣列波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。這種裝置能夠在可見光頻率納米級(jí)數(shù)據(jù)傳輸中實(shí)現(xiàn)更大的帶寬優(yōu)勢(shì)、且具備了強(qiáng)模式約束，可以實(shí)現(xiàn)SPP增益補(bǔ)償。
【IPC分類】G02B6/10, G02B6/122, G02B5/00
【公開號(hào)】CN205193312
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520947293
【發(fā)明人】朱君, 徐汶菊, 秦柳麗, 宋樹祥, 傅得立
【申請(qǐng)人】廣西師范大學(xué)
【公開日】2016年4月27日
【申請(qǐng)日】2015年11月25日