CN111952423B - 一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，包括第一金属膜，第一金属膜的上方设置有第一发光层，第一发光层的上方设置有第一透光导电层，第一透光导电层的上方设置有第一透光绝缘层，第一透光绝缘层的上方设置有金属条阵列，金属条阵列的上方设置有第二透光绝缘层，第二透光绝缘层的上方设置有第二透光导电层，第二透光导电层的上方设置有第二发光层，第二发光层的上方设置有第二金属膜；第一透光绝缘层的长度大于第一发光层的长度，第二透光导电层的长度大于第二发光层的长度；该光源不仅通过对称设置发光源使得更多的光聚集在金属条之间，充分利用了量子阱层辐射的光，增强了表面等离激元的输出效率。
Description
技术领域
本发明属于光源技术领域，具体涉及一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源。
背景技术
表面等离激元(SurfacePlasmons,SPs)是金属介质界面自由电子相干振荡形成的一种电磁表面波。由于SPs能够在亚波长范围内实现光的传输与操控，且能够在一些特殊的金属微纳结构中产生显著增强的局域光电场，因而它在生物传感器、表面拉曼散射增强及光子回路等众多领域都有着重要的应用。近年来，将贵金属纳米颗粒与半导体纳米结构复合得到光学上共振体系由于其具有不同于复合单体的独特优异性能引起了研究的热潮。金属纳米颗粒的局域表面等离激元引起的局域增强电磁场可以产生一系列的非线性效应，其与半导体量子点中激子耦合可对光吸收、光发射、纳米结构间的能量转移、新极化激元的产生进行调控，其中新极化激元的产生表明表面等离激元与激子进行强相互作用，也即进入了强耦合区。强耦合的表面等离激元与激子可以可逆地交流能量，其周期在飞秒量级，这在量子操控光子、单光子光源和晶体管、无阈值激射、超快全光开光和量子信息处理等领域有重要应用。
表面等离激元将电磁场限制于亚波长范围和局域电磁场强度极大增强的特性，使在室温和不需要闭合谐振腔的情况下就可得到强耦合。强耦合时表面等离激元和激子形成新的极化激元，在共振频率可观察到能级分裂，也即Rabi劈裂。现在大部分的研究集中于表面等离激元与染料或小分子中激子的强耦合，而与半导体量子点中激子强耦合研究地很少。半导体量子点相对于染料或小分子具有光电性质高度可调、吸收和荧光截面高、不易发生荧光漂白等一系列优点，必将成为新一代光电器件的核心材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源。
该具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，包括第一金属膜，所述第一金属膜的上方设置有第一发光层，所述第一发光层的上方设置有第一透光导电层，所述第一透光导电层的上方设置有第一透光绝缘层，所述第一透光绝缘层的上方设置有金属条阵列，所述金属条阵列的上方设置有第二透光绝缘层，所述第二透光绝缘层的上方设置有第二透光导电层，所述第二透光导电层的上方设置有第二发光层，所述第二发光层的上方设置有第二金属膜；所述第一透光绝缘层的长度大于第一发光层的长度，第二透光导电层的长度大于第二发光层的长度。
所述第一发光层与第二发光层为轴对称设置。
所述第一透光导电层的右侧设置有支撑层，并且支撑层的高度与第一透光导电层的高度相同。
所述第一金属膜、第二金属膜均是由金或者银或者铜制成。
所述第一透光导电层、第二透光导电层均是由石墨烯制成。
所述第一透光导电层、第二透光导电层均是由金属透明导电氧化物制成。
所述第一发光层、第二发光层为量子阱层。
所述量子阱层为GaAs或InGaAs制成。
所述金属条阵列周期为100nm～300nm。
所述第一透光绝缘层、第二透光绝缘层均是二氧化硅制成。
本发明的有益效果：本发明提供的这种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，不仅通过对称设置发光源使得更多的光聚集在金属条之间，充分利用了量子阱层辐射的光,增强了表面等离激元的输出效率，而且金属条横向能够形成限域作用，会产生加载型波导，可以用来传播电磁波。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源示意图。
图2是具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源的侧面示意图。
图中：1、第一金属膜；2、第一发光层；3第一透光导电层；4、第一透光绝缘层；5、金属条阵列；6、第二透光绝缘层；7、第二透光导电层；8、第二发光层；9、第二金属膜；10、支撑层。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本实施例提供了一种如图1所示的具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，包括第一金属膜1，所述第一金属膜1的上方设置有第一发光层2，所述第一发光层2的上方设置有第一透光导电层3，所述第一透光导电层3的上方设置有第一透光绝缘层4，所述第一透光绝缘层4的上方设置有金属条阵列5，所述金属条阵列5的上方设置有第二透光绝缘层6，所述第二透光绝缘层6的上方设置有第二透光导电层7，所述第二透光导电层7的上方设置有第二发光层8，所述第二发光层8的上方设置有第二金属膜9；所述第一透光绝缘层4的长度大于第一发光层2的长度，第二透光导电层7的长度大于第二发光层8的长度。这样，第一金属膜1、第一透光导电层3可以作为电极，与外接电源的正、负极电连接，设置于第一金属膜1、第一透光导电层3中间的第一发光层2就可以处在电源回路中，能够正常工作发出光；第二金属膜9、第二透光导电层7同样可以作为电极，与外接电源的正、负极电连接，设置于第二金属膜9、第二透光导电层7中间的第二发光层8就可以处在电源回路中，能够正常工作发出光；另外，第一金属膜1可以反射向下传播的光，第二金属膜9可以反射向上传播的光，尽可能的将更多的光向金属条阵列5聚集，可以充分利第一发光层2、第二发光层8发出的光辐射光，金属条阵列5具有选择波长或者更进一步优化发射光谱质量的功能，不仅可以提高表面等离激元的输出效率，也可以作为波导使用，金属条阵列5使用不同的材料制成，具有不同的作用，例如可以使用二氧化硅制成金属条阵列5，因为二氧化硅对光的损耗少，可以提高了输出效率；金属条阵列5使用可以使用为高折射率介质材料制成，例如硅，高折射率介质与底部的第一透光绝缘层4之间形成限域作用，形成加载型波导；第一透光绝缘层4、第二透光绝缘层6均起绝缘作用，避免金属条阵列5带电。
进一步的，所述第一发光层2与第二发光层8为轴对称设置，以便于更好聚集所产生的光。
进一步的，所述第一透光导电层3的右侧设置有支撑层10，并且支撑层10的高度与第一透光导电层3的高度相同，支撑层10的作用是对第一透光绝缘层4伸出第一透光导电层3的部分进行支撑，可以与第一透光导电层3采用同样的材质制成，也可以使用普通的绝缘材料制成。
进一步的，所述第一金属膜1、第二金属膜9均是均是由导电性良好的金属制成，比较常用的是金、银、铜，可以在节省成本的前提下，选择适合的厚度。
进一步的，所述第一透光导电层3、第二透光导电层7均是由石墨烯制成。
或者所述第一透光导电层3、第二透光导电层7均是由金属透明导电氧化物制成。
进一步的，所述第一发光层2、第二发光层8为量子阱层。所述量子阱层由可发光的氧化物制成，例如GaAs或InGaAs制成；所述量第一发光层2、第二发光层8的厚度为50nm～80nm，优先可以选择50nm、55nm、60nm、70nm等。
进一步的，所述金属条阵列5周期为100nm～300nm，优先的可以设定金属条阵列5周期为100nm、150nm、200nm、250nm等。
所述第一透光绝缘层4、第二透光绝缘层6均是二氧化硅制成。
综上所述，该具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，不仅结构简单，能够充分发挥石墨烯的光学特性，提高表面等离激元耦合强度的光学结构，而且在所述的光学结构上设置条形的石墨烯，能够使得表面等离激元定向的传输，另外，所设置的非平面石墨烯层能够耦合更多的表面等离激元，大大提高了表面等离激元的耦合度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，其特征在于：包括第一金属膜(1)，所述第一金属膜(1)的上方设置有第一发光层(2)，所述第一发光层(2)的上方设置有第一透光导电层(3)，所述第一透光导电层(3)的上方设置有第一透光绝缘层(4)，所述第一透光绝缘层(4)的上方设置有条形结构阵列(5)，所述条形结构阵列(5)的上方设置有第二透光绝缘层(6)，所述第二透光绝缘层(6)的上方设置有第二透光导电层(7)，所述第二透光导电层(7)的上方设置有第二发光层(8)，所述第二发光层(8)的上方设置有第二金属膜(9)；所述第一透光绝缘层(4)的长度大于第一发光层(2)的长度，第二透光导电层(7)的长度大于第二发光层(8)的长度，其中，所述第一金属膜(1)和所述第二金属膜(9)为反射膜。
2.如权利要求1所述的一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，其特征在于：所述第一发光层(2)与第二发光层(8)为轴对称设置。
3.如权利要求1所述的一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，其特征在于：所述第一透光导电层(3)的右侧设置有支撑层(10)，并且支撑层(10)的高度与第一透光导电层(3)的高度相同。
4.如权利要求1所述的一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，其特征在于：所述第一金属膜(1)、第二金属膜(9)均是由金或者银或者铜制成。
5.如权利要求1所述的一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，其特征在于：所述第一透光导电层(3)、第二透光导电层(7)均是由石墨烯制成。
6.如权利要求1所述的一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，其特征在于：所述第一透光导电层(3)、第二透光导电层(7)均是由金属透明导电氧化物制成。
7.如权利要求1所述的一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，其特征在于：所述第一发光层(2)、第二发光层(8)为量子阱层。
8.如权利要求7所述的一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，其特征在于：所述量子阱层为GaAs或InGaAs制成。
9.如权利要求7所述的一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，其特征在于：所述条形结构阵列周期为100nm～300nm。
10.如权利要求1所述的一种具有表面等离激元高输出效率的电驱动光源，其特征在于：所述第一透光绝缘层(4)、第二透光绝缘层(6)均是二氧化硅制成。
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