CN114447764A - 一种可调节的表面等离激元激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调节的表面等离激元激光器，包括：表面等离激元部，包括基板和在基板上依序层叠设置的金属层、介质层和增益层，金属层含有磁性物质；磁场发生部，用于生成磁场，并且能够调节磁场的强度；其中，表面等离激元部置于磁场内，磁场的磁场方向与基板的面向金属层的表面平行，磁性物质随着磁场的磁场强度的变化产生不同的磁化响应。本发明实现了表面等离激元激光器的输出光的调节。

Description

一种可调节的表面等离激元激光器
技术领域
本发明涉及半导体微型激光器技术领域，尤其涉及一种能够调节输出光的波长的表面等离激元激光器。
背景技术
表面等离激元激光器通过介质周围的增益材料对表面等离激元进行放大，能够在深亚波长尺度下产生并操纵电磁场(光场)。由于不受衍射极限约束，表面等离激元激光器是实现高密度片上集成光学系统的理想光源，在高速光通信、高灵敏度生物探测、高密度数据存储等领域具有广阔的应用前景。
但是，目前对于表面等离激元激光器这一纳米尺度光源而言，其输出波长在器件制作完成后已经固定，因此在实际使用的过程中无法对输出光的波长进行调整，因此表面等离激元激光器的实际应用场景具有较大的限制。
发明内容
针对上述的现有技术缺陷，本发明采用了如下的技术方案：
本发明提供了一种可调节的表面等离激元激光器，其特征在于，包括：
表面等离激元部，包括基板和在所述基板上依序层叠设置的金属层、介质层和增益层，所述金属层含有磁性物质；
磁场发生部，用于生成磁场，并且能够调节所述磁场的强度；
其中，所述表面等离激元部置于所述磁场内，所述磁场的磁场方向与所述基板的面向所述金属层的表面平行，所述磁性物质随着所述磁场的磁场强度的变化产生不同的磁化响应。
优选地，所述磁场发生部包括线圈，所述线圈设置于所述基板的背向所述金属层的表面上，所述线圈上连接有调节器，所述调节器用于调节通入所述线圈的电流的大小，以调节所述磁场的磁场强度。
优选地，所述调节器能够接收无线控制信号，并根据所述无线控制信号来调节所述磁场的磁场强度。
优选地，所述介质层的折射率低于所述增益层的折射率。
优选地，所述增益层由半导体纳米线、半导体纳米晶体、二维材料中的一种来制成。
优选地，所述金属层由铁、钴、镍中的至少一种来制成。
优选地，所述介质层由二氧化硅、二氟化镁、三氧化二铝、氟化锂中的一种来制成。
优选地，所述基板由硅、云母、氧化铝、二氧化硅中的一种来制成。
优选地，所述线圈由铜或金来制成。
优选地，所述介质层的厚度为1nm～50nm。
本发明提供的表面等离激元激光器的金属层含有磁性物质，该磁性物质随着磁场发生部生成的磁场的磁场强度变化产生不同的磁化响应。这种可调节的磁化响应能够引起金属层和表面等离激元之间处于可调节的耦合状态，使得表面等离激元激光器的光学模式的色散特性得到了有效的调节，从而实现了表面等离激元激光器所输出的光线的波长可以被调节的目的。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的表面等离激元激光器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节，例如：表面等离激元激光器的具体电路结构以及表面等离激元部、磁场发生部与电源之间的具体电路连接关系等。
如背景技术中所述，目前对于表面等离激元激光器这一纳米尺度光源而言，其输出波长在器件制作完成后已经固定，因此在实际使用的过程中无法对输出光的波长进行调整。
针对上述问题，根据本发明的实施例提供了一种可调节的表面等离激元激光器，该表面等离激元激光器可以调整其输出的光线的波长。具体实施方式如下。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的可调节的表面等离激元激光器，包括表面等离激元部和磁场发生部。所述表面等离激元部包括基板1和在所述基板1上依序层叠设置的金属层2、介质层3和增益层4。其中，所述金属层2含有磁性物质，例如：合金、铁氧体、金属间化合中的至少一种(图中未示出)。
所述磁场发生部用于生成磁场，并且能够调节所述磁场的强度。其中，所述表面等离激元部置于所述磁场内。所述磁场的磁场方向与所述基板1的面向所述金属层2的表面平行。
在本实施例中，所述磁场发生部起到使所述磁性物质产生磁化响应的作用。具体是，只有与所述基板1的面向所述金属层2的表面平行的磁场才能对所述表面等离激元部产生磁化响应作用。
其中，当所述磁场发生部所产生的磁场的强度发生变化时，所述磁性物质会随着所述磁场的磁场强度的变化产生不同的磁化响应，这种可调节的磁化响应能够引起金属层2和表面等离激元之间处于可调节的耦合状态，使得表面等离激元激光器的光学模式的色散特性得到了有效的调节，从而实现了表面等离激元激光器所输出的光线的波长可以被调节的目的。
具体地，在本实施例中，所述介质层3的折射率低于所述增益层4的折射率，所述介质层3的厚度为1nm～50nm。其中，所述增益层4可以由半导体纳米线、半导体纳米晶体、二维材料中的一种来制成；所述金属层2可以由铁、钴、镍中的至少一种来制成；所述介质层3可以由二氧化硅、二氟化镁、三氧化二铝、氟化锂中的一种来制成；所述基板1可以由硅、云母、氧化铝、二氧化硅中的一种来制成。
实施例2
为了使表面等离激元激光器的结构更加紧凑、更容易集成设置，本实施例的磁场发生部包括线圈5和与所述线圈5连接的调节器(图中未示出)。如图1所示，所述线圈5设置于所述基板1的背向所述金属层2的表面上。向所述线圈5通入电流后，由于电流的磁效应，所述线圈5会产生磁场，所述表面等离激元部置于所述线圈5产生的磁场范围内。所述调节器用于调节通入所述线圈5的电流的大小，以调节所述磁场的磁场强度。
优选地，本实施例的所述调节器能够接收无线控制信号，并根据所述无线控制信号来调节所述磁场的磁场强度，从而实现了远程控制所述表面等离激元激光器所输出的光线的波长。
具体地，本实施例的所述线圈5可以通过结合曝光显影工艺和电镀或电铸工艺来形成，还可以是采用印刷工艺来形成。其中，所述线圈5由具有高导电性的材料制成，例如：金、铜、银、铝材料。
在本实施例中，为了使表面等离激元激光器的结构更加紧凑、更容易集成设置，在所述基板的背向所述金属层的表面上形成所述线圈的方式来提供了所述磁场发生部。由于所述线圈形成之后，能够较容易地整合在表面等离激元激光器的电路中，因此可以减小所述表面等离激元激光器的尺寸，从而提高了表面等离激元激光器的应用范围。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种可调节的表面等离激元激光器，其特征在于，包括：
表面等离激元部，包括基板和在所述基板上依序层叠设置的金属层、介质层和增益层，所述金属层含有磁性物质；
磁场发生部，用于生成磁场，并且能够调节所述磁场的强度；
其中，所述表面等离激元部置于所述磁场内，所述磁场的磁场方向与所述基板的面向所述金属层的表面平行，所述磁性物质随着所述磁场的磁场强度的变化产生不同的磁化响应。
2.根据权利要求1所述的表面等离激元激光器，其特征在于，所述磁场发生部包括线圈，所述线圈设置于所述基板的背向所述金属层的表面上，所述线圈上连接有调节器，所述调节器用于调节通入所述线圈的电流的大小，以调节所述磁场的磁场强度。
3.根据权利要求2所述的表面等离激元激光器，其特征在于，所述调节器能够接收无线控制信号，并根据所述无线控制信号来调节所述磁场的磁场强度。
4.根据权利要求1至3任一所述的表面等离激元激光器，其特征在于，所述介质层的折射率低于所述增益层的折射率。
5.根据权利要求4所述的表面等离激元激光器，其特征在于，所述增益层由半导体纳米线、半导体纳米晶体、二维材料中的一种来制成。
6.根据权利要求4所述的表面等离激元激光器，其特征在于，所述金属层由铁、钴、镍中的至少一种来制成。
7.根据权利要求4所述的表面等离激元激光器，其特征在于，所述介质层由二氧化硅、二氟化镁、三氧化二铝、氟化锂中的一种来制成。
8.根据权利要求4所述的表面等离激元激光器，其特征在于，所述基板由硅、云母、氧化铝、二氧化硅中的一种来制成。
9.根据权利要求2所述的表面等离激元激光器，其特征在于，所述线圈由铜或金来制成。
10.根据权利要求7所述的表面等离激元激光器，其特征在于，所述介质层的厚度为1nm～50nm。
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