CN113311635A - 一种基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件 - Google Patents

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CN113311635A CN202110496346.5A CN202110496346A CN113311635A CN 113311635 A CN113311635 A CN 113311635A CN 202110496346 A CN202110496346 A CN 202110496346A CN 113311635 A CN113311635 A CN 113311635A
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Abstract

本发明涉及波长转换领域，具体提供了一种基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，包括基底、贵金属层和拓扑绝缘体部，贵金属层置于基底上，贵金属层的表面设有周期性排布的凹槽，拓扑绝缘体部设置在凹槽内。应用时，应用可见光波段激光垂直或倾斜照射所述贵金属层的表面。在凹槽内形成强电场，这些强电场与拓扑绝缘体部作用，从而增强了拓扑绝缘体部的四波混频效应，从而实现了高效率的波长转换。

Description

一种基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件
技术领域
本发明涉及波长转换领域，具体涉及一种基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件。
背景技术
波长转换是指将一种波长的光转换为另外一种波长的光。波长转换能够实现波长的再利用，便于构成任意扩展的波分复用网络。因此，波长转换技术在全光通信中具有重要的作用。拓扑绝缘体材料具有宽带非线性和高稳定性，拓扑绝缘体材料在波长转换中具有重要的应用。但是，现有技术中波长转换的效率低。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，包括基底、贵金属层和拓扑绝缘体部，贵金属层置于基底上，贵金属层的表面设有周期性排布的凹槽，拓扑绝缘体部设置在凹槽内。
更进一步地，拓扑绝缘体部置于凹槽的底部。
更进一步地，拓扑绝缘体部贴附在凹槽的侧面上。
更进一步地，拓扑绝缘体部为拓扑绝缘体纳米片。
更进一步地，拓扑绝缘体纳米片的厚度大于10纳米、小于40纳米。
更进一步地，贴附拓扑绝缘体部的凹槽的侧面垂直于贵金属层的表面，贴附拓扑绝缘体部的凹槽的侧面的相对面为倾斜面，凹槽的底部窄，凹槽的顶部宽。
更进一步地，凹槽的深度大于200纳米。
更进一步地，贵金属层的材料为金或银。
更进一步地，还包括石墨烯层，石墨烯层覆盖所述凹槽。
更进一步地，拓扑绝缘体部的材料为Bi2Se3、Bi2Te3、Sb2Se3、Sb2Te3、InSb、Li2IrO3。
本发明的有益效果：本发明提供了一种基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，包括基底、贵金属层和拓扑绝缘体部，贵金属层置于基底上，贵金属层的表面设有周期性排布的凹槽，拓扑绝缘体部设置在凹槽内。应用时，应用可见光波段激光垂直或倾斜照射所述贵金属层的表面。在凹槽内形成强电场，这些强电场与拓扑绝缘体部作用，从而增强了拓扑绝缘体部的四波混频效应，从而实现了高效率的波长转换。
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是一种基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件的示意图。
图2是又一种基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件的示意图。
图3是再一种基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件的示意图。
图中：1、基底；2、贵金属层；3、凹槽；4、拓扑绝缘体部。
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
本发明提供了一种基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，如图1所示，包括基底1、贵金属层2和拓扑绝缘体部4。贵金属层2置于基底1上。基底1的材料为二氧化硅，贵金属层2的材料为金或银。贵金属层2的表面设有周期性排布的凹槽3。凹槽3的深度大于200纳米。凹槽3的底部与基底1之间的距离大于100纳米，以致于入射光不会穿透贵金属层2。凹槽3排布的周期为方形周期。拓扑绝缘体部4设置在凹槽3内。拓扑绝缘体部4的材料为Bi2Se3、Bi2Te3、Sb2Se3、Sb2Te3、InSb、Li2IrO3。拓扑绝缘体部4置于凹槽3的底部，具体地，拓扑绝缘体部4平铺在凹槽3的底部。这样的设置，易于在凹槽3内利用喷涂等方式制备拓扑绝缘体部4。
应用时，应用可见光波段激光垂直或倾斜照射所述贵金属层2的表面。在入射光的作用下，在凹槽3内形成表面等离极化激元，在凹槽3底部反射的作用下，在凹槽3内形成驻波，并在凹槽3内形成强电场，这些强电场与拓扑绝缘体部4作用，从而增强了拓扑绝缘体部4的四波混频效应，从而实现了高效率的波长转换。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2所示，拓扑绝缘体部4贴附在凹槽3的侧面上。拓扑绝缘体部4为拓扑绝缘体纳米片。拓扑绝缘体纳米片的厚度大于10纳米、小于40纳米。由于在入射光的作用下，贵金属微纳结构能够产生表面等离激元共振，因此在凹槽3的侧面上出现强电场，将拓扑绝缘体部4贴附在凹槽3的侧面上，从而使得拓扑绝缘体部4更多地处于强电场内；另一方面，将拓扑绝缘体部4改为竖直状态，增加了拓扑绝缘体部4与入射光的作用距离。这两方面的效果均导致凹槽3内的电场与拓扑绝缘体部4产生更强的作用，从而更多地增强拓扑绝缘体部4的四波混频效应，从而实现更高效率的波长转换。
实施例3
在实施例2的基础上，如图3所示，贴附拓扑绝缘体部4的凹槽3的侧面垂直于贵金属层2的表面，贴附拓扑绝缘体部4的凹槽3的侧面的相对面为倾斜面。从而形成凹槽3的底部窄，凹槽4的顶部宽的形貌。这样一来，凹槽3还具有会聚光的作用，从而在凹槽3的底部聚集更强的电场，也就是电场的密度更大，而拓扑绝缘体部4处于这些电场内，从而增强了拓扑绝缘体部4与凹槽3内电场的作用，从而增强了拓扑绝缘体部4的四波混频效应，从而实现更高效率的波长转换。
更进一步地，拓扑绝缘体部4伸出凹槽。也就是说，拓扑绝缘体部4的高度大于凹槽3的深度。因为凹槽3的顶部依然具有较强的电场，这些电场可以与拓扑绝缘体部4产生作用。另外，拓扑绝缘体部4伸出凹槽的部分有利于拓扑绝缘体部3散射波长转换后产生的光，从而提高光波长转换的效率。
实施例4
在实施例2的基础上，还包括石墨烯层，石墨烯层覆盖凹槽3。由于石墨烯层对凹槽3内的光散射具有限制作用。因此，凹槽3内的电场更强，从而增强了凹槽3内电场与拓扑绝缘体部4的作用，从而增强了拓扑绝缘体部4的四波混频效应，从而实现更高效率的波长转换。
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)

1.一种基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，其特征在于，包括基底、贵金属层和拓扑绝缘体部，所述贵金属层置于所述基底上，所述贵金属层的表面设有周期性排布的凹槽，所述拓扑绝缘体部设置在所述凹槽内；应用时，应用可见光波段激光垂直或倾斜照射所述贵金属层的表面。
2.如权利要求1所述的基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，其特征在于：所述拓扑绝缘体部置于所述凹槽的底部。
3.如权利要求2所述的基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，其特征在于：所述拓扑绝缘体部贴附在所述凹槽的侧面上。
4.如权利要求3所述的基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，其特征在于：所述拓扑绝缘体部为拓扑绝缘体纳米片。
5.如权利要求4所述的基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，其特征在于：所述拓扑绝缘体纳米片的厚度大于10纳米、小于40纳米。
6.如权利要求5所述的基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，其特征在于：贴附所述拓扑绝缘体部的所述凹槽的侧面垂直于所述贵金属层的表面，贴附所述拓扑绝缘体部的所述凹槽的侧面的相对面为倾斜面，所述凹槽的底部窄，所述凹槽的顶部宽。
7.如权利要求1-6任一项所述的基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，其特征在于：所述凹槽的深度大于200纳米。
8.如权利要求7所述的基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，其特征在于：所述贵金属层的材料为金或银。
9.如权利要求8所述的基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，其特征在于：还包括石墨烯层，所述石墨烯层覆盖所述凹槽。
10.如权利要求9所述的基于拓扑绝缘体和贵金属的波长转换器件，其特征在于：所述拓扑绝缘体部的材料为Bi2Se3、Bi2Te3、Sb2Se3、Sb2Te3、InSb、Li2IrO3。
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