CN102931580A - Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源 - Google Patents
Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102931580A CN102931580A CN2012104878393A CN201210487839A CN102931580A CN 102931580 A CN102931580 A CN 102931580A CN 2012104878393 A CN2012104878393 A CN 2012104878393A CN 201210487839 A CN201210487839 A CN 201210487839A CN 102931580 A CN102931580 A CN 102931580A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light source
- face electrode
- substrate
- laser light
- refractive index
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源属于激光器领域，该光源可以有效解决现有光致激发困难、制作工艺难度大、成本高、集成困难等问题。该光源包括：n面电极、衬底、Bragg反射镜、波导层、量子阱、全反射层、p面电极、低折射率介质和金属层；衬底上面依次生长Bragg反射镜、波导层、量子阱、全反射层、盖层、p面电极，衬底下面生长n面电极，衬底侧面依次生长低折射率介质和金属层，低折射率介质依次与n面电极、衬底、Bragg反射镜、波导层、量子阱、全反射层和p面电极连接。本发明制作工艺相对简单、性能稳定、成本低、容易集成和推广。
Description
技术领域
本发明属于激光器领域，特别涉及Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源。
背景技术
随着纳米微加工技术的发展和成熟，激光器面临着小型化发展的趋势。基于表面等离子激元（Surface Plasmon Polaritons,SPPs）的激光光源有灵敏度高、体积小、能量集中等优点，因而在生物探测器、信息存储、光计算、近场光学成像、纳米光刻技术和分子操纵技术等领域拥有者广阔的应用和发展前景；并且，随着科技的发展，越来越多的领域对表面等离子体激光光源的需求不断增长。
为了制作出可以直接应用的表面等离子体激光光源，在某个维度上实现更小的电磁场能量压缩，由金属所引入的表面等离子体被广泛研究。表面等离子体使得电场强度在金属的两个方向上急剧衰减，并且形成只能沿着金属表面传播的表面等离子波，是目前限制光场分布的最佳手段。
由于表面等离子体波的波矢跟真空中的波矢不匹配，因而不能被直接激发。表面等离子体波的光学激发方式主要有棱镜激发的Kretchmann结构和Otto结构，但是由于对材料和入射光角度的苛刻要求，使得工艺上不容易在半导体器件的生长制备中直接实现，并且集成困难，限制了表面等离子体激光光源的直接应用。因此如何解决该问题，设计一种制作工艺简单、性能稳定、成本低、易推广的表面等离子体激光光源势在必行。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源，该光源可以有效解决现有光致激发困难、制作工艺难度大、成本高、集成困难等问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源，该光源包括：n面电极、衬底、Bragg反射镜、波导层、量子阱、全反射层、p面电极、低折射率介质和金属层；衬底上面依次生长Bragg反射镜、波导层、量子阱、全反射层和p面电极，衬底下面生长n面电极，衬底侧面依次生长低折射率介质和金属层，低折射率介质依次与n面电极、衬底、Bragg反射镜、波导层、量子阱、全反射层和p面电极连接。
发明原理：n面电极和p面电极提供载流子的注入所需要的欧姆接触，衬底提供器件整体材料生长所需要的晶格条件，光束传输的时候，Bragg反射镜筛选特定角度的光线，光线传输能量集中在波导层中，电子和空穴的复合产生光子，量子阱提供光源的光增益和放大，由全反射层全反射，将所有由Bragg反射镜筛选的特定角度的光线全部反射回谐振腔之中，这里的谐振腔指的是激光在端面反射形成振荡时由衬底、Bragg反射镜、波导层、量子阱和全反射层的半导体部分组成的光波导腔体。波导层、低折射率介质和金属层还将构成类似Otto结构的物理模型使得激光能够在金属层表面附近耦合从而形成表面等离子体激光光源输出。如图1所示，根据Bragg反射镜的基本理论，只有满足特定角度的光线可以在波导层中传播和谐振；其他不满足传输角度的光线会被很快耗散掉，因而不会在激光器的谐振腔中产生谐振。满足条件的谐振光通过量子阱的增益和谐振腔的谐振，会在表面的低折射率介质中以两个方向进行出射。由于波导层、低折射率介质和金属层构成了类似Otto结构的物理模型，满足特定角度的光线可以直接在金属表面附近耦合成为SPPs，从而形成表面等离子体激光光源而输出。
本发明的有益效果是：本发明制作工艺相对简单、性能稳定、成本低、容易集成和推广。
附图说明
图1本发明Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源原理示意图。
图2本发明Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源的结构图。
图中：1、n面电极，2、衬底，3、Bragg反射镜，4、波导层，5、量子阱，6、全反射层，7、盖层，8、p面电极，9、低折射率介质，10、金属层和11、谐振腔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图2所示：Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源，包括n面电极1、衬底2、Bragg反射镜3、波导层4、量子阱5、全反射层6、盖层7、p面电极8、低折射率介质9和金属层10；衬底2上面依次生长Bragg反射镜3、波导层4、量子阱5、全反射层6、盖层7、p面电极8，衬底下面镀有n面电极1，衬底2侧面依次生长低折射率介质9和金属层10，所述低折射率介质9依次与n面电极1、衬底2、Bragg反射镜3、波导层4、量子阱5、全反射层6和p面电极8连接。
所述Bragg反射镜3和全反射层6要提供光源工作波段TM模式给定设计角度的激光全反射，这就要求针对给定的设计角度，Bragg反射镜3的结构以及全反射层6的厚度和折射率能够满足全反射条件。
所述波导层4、低折射率介质9和金属层10构成类似Otto模型，这就要求低折射率介质9的折射率小于波导层4的折射率。工作波段的激光由Bragg反射镜3和全反射层6提供的给定设计角度，可以在这个类似的Otto模型中耦合成为表面等离子体沿着金属表面传播。
所述金属层10的厚度（图中x方向长度）要大于金属在该工作波段的趋肤深度，使得光子不会透过金属层产生不必要的泄露。
所述金属层10的材料要能在该光源工作波段提供表面等离子体，这就要求给定的金属材料在工作波段的折射率虚部是负值。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合实施例，对本发明进行进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例中，Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源结构利用材料外延生长技术和镀膜技术加工而成。所述的衬底2是GaAs材料，Bragg反射镜3由9对138nm的n-Al0.3Ga0.7As/173nm的n-Al0.5Ga0.5As构成，波导层4是294nm的n-Al0.3Ga0.7As，量子阱5是10nm Al0.25Ga0.75As/4nm GaAs/10nm Al0.25Ga0.75As或GaAs的多量子阱结构组成，全反射层6是2μm的p-Al0.9Ga0.1As，盖层7是50nm的p-GaAs。上述谐振腔11结构均由外延生长完成，这将提供电致发光波长为808nm，给定全反射角为63.97°的TM模式偏振激光。生长之后按照需求进行解理，随后制作n面电极1和p面电极2。最后在解理出来的出光腔面镀1.5μm的SiO2作为低折射率介质9,和100nm的Au作为金属层10。根据需要可以在制备电极之前将半导体部分进行脊形或锥形的加工，也可以根据需要对金属层的形状进行加工。波导层4是294nm的n-Al0.3Ga0.7As，并且确定SiO2作为低折射率介质9,和Au作为金属层10的情况下，在给定全反射角63.97°时，808nm的激光耦合进成为表面等离子体的效率比较高，至少大于60%。9对138nm的n-Al0.3Ga0.7As/173nm的n-Al0.5Ga0.5As构成的Bragg反射镜3可以提供这个反射角。在808nm波段，全反射层6是2μm的p-Al0.9Ga0.1As，可以在这个角度下提供足够的全反射。
本发明结构简单，材料常见，工艺较为成熟，容易集成和推广，将会得到更加广泛的应用。
Claims (7)
1.Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源，其特征在于，该光源包括：n面电极（1）、衬底（2）、Bragg反射镜（3）、波导层（4）、量子阱（5）、全反射层（6）、p面电极（8）、低折射率介质（9）和金属层（10）；所述衬底（2）上面依次生长Bragg反射镜（3）、波导层（4）、量子阱（5）、全反射层（6）和p面电极（8），所述衬底（2）下面生长n面电极（1），所述衬底（2）侧面依次生长低折射率介质（9）和金属层（10），所述低折射率介质（9）依次与n面电极（1）、衬底（2）、Bragg反射镜（3）、波导层（4）、量子阱（5）、全反射层（6）和p面电极（8）连接。
2.如权利要求1所述的Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源，其特征在于，该光源还包括盖层（7）；所述盖层（7）位于全反射层（6）和p面电极（8）之间。
3.如权利要求1所述的Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源，其特征在于，所述波导层（4）的折射率高于低折射率介质（9）的折射率。
4.如权利要求1所述的Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源，其特征在于，金属层（10）的材料折射率虚部小于零。
5.如权利要求1所述的Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源，其特征在于，金属层（10）的厚度大于在工作波段的金属趋肤深度。
6.如权利要求1所述的Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源，其特征在于，全反射层（6）的厚度和折射率满足该激光的全反射条件。
7.如权利要求1所述的Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源，其特征在于，衬底（2）、Bragg反射镜（3）、波导层（4）、量子阱（5）和全反射层（6）的形状为脊形半导体激光器或锥形半导体激光器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210487839.3A CN102931580B (zh) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210487839.3A CN102931580B (zh) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102931580A true CN102931580A (zh) | 2013-02-13 |
| CN102931580B CN102931580B (zh) | 2015-04-22 |
Family
ID=47646321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210487839.3A Active CN102931580B (zh) | 2012-11-26 | 2012-11-26 | Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102931580B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107749562A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-03-02 | 山东中芯光电科技有限公司 | 基于反馈式射频调制dbr可调激光器的光模块及控制方法 |
| CN110286494A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-27 | 安徽省东超科技有限公司 | 光波导单元、阵列及平板透镜 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003069737A2 (en) * | 2002-02-12 | 2003-08-21 | Nikolai Nikolaevich Ledentsov | Tilted cavity semiconductor laser (tcsl) and method of making same |
| CN1804587A (zh) * | 2006-01-13 | 2006-07-19 | 清华大学 | 一种集成的表面等离子波发生器 |
| US20060171440A1 (en) * | 2003-03-14 | 2006-08-03 | Pbc Lasers Ltd. | Apparatus for generating improved laser beam |
| CN102231471A (zh) * | 2011-05-19 | 2011-11-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 电致激发分子掺杂薄膜层纳腔激光器 |
| CN202103312U (zh) * | 2011-03-08 | 2012-01-04 | 东南大学 | 深度亚波长表面等离子体激元微腔激光器 |
| CN102709810A (zh) * | 2012-05-25 | 2012-10-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 布拉格反射波导双光束激光器及其应用方法 |
-
2012
- 2012-11-26 CN CN201210487839.3A patent/CN102931580B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003069737A2 (en) * | 2002-02-12 | 2003-08-21 | Nikolai Nikolaevich Ledentsov | Tilted cavity semiconductor laser (tcsl) and method of making same |
| US20060171440A1 (en) * | 2003-03-14 | 2006-08-03 | Pbc Lasers Ltd. | Apparatus for generating improved laser beam |
| CN1804587A (zh) * | 2006-01-13 | 2006-07-19 | 清华大学 | 一种集成的表面等离子波发生器 |
| CN202103312U (zh) * | 2011-03-08 | 2012-01-04 | 东南大学 | 深度亚波长表面等离子体激元微腔激光器 |
| CN102231471A (zh) * | 2011-05-19 | 2011-11-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 电致激发分子掺杂薄膜层纳腔激光器 |
| CN102709810A (zh) * | 2012-05-25 | 2012-10-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 布拉格反射波导双光束激光器及其应用方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ROBERT CHARBONNEAU AND NANCY LAHOUD: "Demonstratrat of integrated optics elements based on long-ranging surface plasmon polaritons", 《OPTICS EXPRESS》 * |
| 陈泳屹等: "表面等离子体激元纳米激光器技术及应用研究进展", 《中国光学》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107749562A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-03-02 | 山东中芯光电科技有限公司 | 基于反馈式射频调制dbr可调激光器的光模块及控制方法 |
| CN110286494A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-27 | 安徽省东超科技有限公司 | 光波导单元、阵列及平板透镜 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102931580B (zh) | 2015-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107959224B (zh) | 一种基于金属腔的表面等离激元激光器 | |
| CN103050591B (zh) | 表面等离激元电致激发源及其制造方法 | |
| WO1997044871A1 (en) | Photonic wire microcavity light emitting devices | |
| CN102437511B (zh) | 半导体纳米线-金属薄膜结构的表面等离子体激元激光器 | |
| CN205881934U (zh) | 一种偏振无关超辐射发光二极管芯片 | |
| CN109830886B (zh) | 一种多腔耦合增强的纳米等离子体激光器阵列及其制备方法 | |
| CN103117510A (zh) | 一种混合硅基回音壁模式微腔激光器 | |
| CN102231471B (zh) | 电致激发分子掺杂薄膜层纳腔激光器 | |
| CN102957086A (zh) | 一种深亚波长表面等离子体激光器 | |
| CN101197407A (zh) | 超辐射发光二极管 | |
| CN103066495B (zh) | 一种等离子体纳米激光器 | |
| CN108054634B (zh) | 一种窄线宽半导体激光器 | |
| CN202103312U (zh) | 深度亚波长表面等离子体激元微腔激光器 | |
| CN106575855A (zh) | 一种垂直腔面发射激光器vcsel | |
| CN102931580B (zh) | Bragg反射镜耦合表面等离子体激光光源 | |
| CN109066284A (zh) | 一种用于实现可调谐双波段受激辐射的纳米激光器 | |
| Zhu et al. | Research progress of gallium nitride microdisk cavity laser | |
| WO2022141856A1 (zh) | 一种基于氮化铝纳米线的激光器 | |
| CN102684072A (zh) | 混合集成激光器及其制备方法 | |
| CN202395303U (zh) | 表面等离子体激元激光器 | |
| Zhou et al. | Single-mode photonic crystal nanobeam lasers monolithically grown on Si for dense integration | |
| CN111211485A (zh) | 一种激光器 | |
| Krishnamurthy et al. | Theoretical investigation of metal cladding for nanowire and cylindrical micropost lasers | |
| CN1972043A (zh) | 光子晶体激光器与光子晶体波导耦合输出方法及输出器 | |
| CN111082315B (zh) | 激光器定向波导耦合结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220615 Address after: 130102 first floor, building 2, incubation base, No. 19, Yingkou Road, Changchun Economic Development Zone, Jilin Province Patentee after: Jiguang Semiconductor Technology Co.,Ltd. Address before: 130033, 3888 southeast Lake Road, Jilin, Changchun Patentee before: CHANGCHUN INSTITUTE OF OPTICS, FINE MECHANICS AND PHYSICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |