[發(fā)明專利]近場光學(xué)增強型納米陣列通光孔激光器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810025450.0
• 申請日: 2008-04-30
• 公開（公告）號: CN101282022A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李海軍;王敏銳;張曉東;張寶順
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: H01S5/00
• 分類號: H01S5/00;H01S5/028;B82B1/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 陳忠輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有納米尺寸周期結(jié)構(gòu)金屬光柵的納孔徑陣列半導(dǎo)體激光器，用于近場光存儲、納米尺度的光刻技術(shù)以及生物傳感與檢測等技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，納米光源在近場光學(xué)成像、探測和近場高密度存儲等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。而廣泛應(yīng)用的納米孔徑鍍金屬膜的光纖探針，其通光效率低、體積大、不利于器件的集成。

近年來提出的納米孔徑激光器，相比傳統(tǒng)的光纖探針光源，輸出功率和透過效率都有大幅提高。其基本的制作方法是在現(xiàn)有的半導(dǎo)體固體激光器的出光面鍍金屬膜，并在金屬膜上制作納米尺寸的孔徑，利用表面等離子體激元的近場增強效應(yīng)得到較高的透過效率。但這種方法并沒有最大程度的激發(fā)表面等離子激元，未能得到最大的透過效率。2002年，日本Tokai大學(xué)的Kenya?Goto提出了一種通過在納米通光孔周圍按一定規(guī)律制備亞波長金屬納米光柵，利用金屬光柵對入射光波的調(diào)制作用，使光波與金屬表面的自由電子相互作用，利用等離子體波誘導(dǎo)使通光增強的方法。盡管這種方法對小孔的透過效率有一定提高，但其輸出功率通常為微瓦量級，尚不能滿足高密度光儲存和納米光刻等實際應(yīng)用的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種近場光學(xué)增強型納米陣列通光孔激光器，旨在有效解決納米孔徑激光器透過效率低和輸出功率不高等技術(shù)問題。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

近場光學(xué)增強型納米陣列通光孔激光器，特點是：在半導(dǎo)體激光器的出射面鍍有金屬薄膜層，在金屬薄膜層上制作其周圍具有光柵結(jié)構(gòu)的多個納米孔。

進一步地，上述的近場光學(xué)增強型納米陣列通光孔激光器，所述金屬薄膜層的材質(zhì)為金、或銀、或鋁、或鉻，金屬薄膜層的厚度在20～300nm。

更進一步地，上述的近場光學(xué)增強型納米陣列通光孔激光器，所述納米孔的形狀為方形、或圓形、或橢圓形、或半圓形、或雙C形、或雙三角形，其數(shù)量為2～10個。所述的納米孔排列成三角形、或圓形、或多邊形、或環(huán)形。

再進一步地，上述的近場光學(xué)增強型納米陣列通光孔激光器，所述光柵結(jié)構(gòu)的光柵周期為10～200nm，光柵圍繞納米孔排列成圓形、或半圓形、或多邊形、或C形。

再進一步地，上述的近場光學(xué)增強型納米陣列通光孔激光器，所述的半導(dǎo)體激光器為邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器或面發(fā)射半導(dǎo)體激光器。

本發(fā)明技術(shù)方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在：

本發(fā)明設(shè)計新穎，在出光端面鍍金屬薄膜層，通過在金屬薄膜上制作周期性的光柵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對光波波矢的調(diào)制，使其與表面等離子波的波矢一致，從而產(chǎn)生光波電磁場與金屬表面自由電子的共振，增強表面等離子體波的激發(fā)，表面等離子體波在納米孔的邊緣發(fā)生散射激發(fā)出光，從而對透過光具有增強的作用。同時，納米孔陣列對透過效率也有顯著的增強作用，通過相鄰微小納米孔間的光波之間的相互干涉作用，也使透過光場得到進一步的增強。在近場光學(xué)的范圍內(nèi)，納米孔陣列的光斑相互疊加，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有更大的出射光強密度；使用效果較好，經(jīng)濟效益和社會效應(yīng)顯著。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步說明：

圖1：本發(fā)明出光端面的示意圖。

圖中各附圖標記的含義是：

1-出光端面的金屬薄膜層，2-納米孔，3-納米金屬光柵。

具體實施方式

本發(fā)明基于近場光學(xué)表面等離子體激元的通光增強效應(yīng)和納米孔陣列孔之間的干涉耦合作用的技術(shù)原理，設(shè)計一種具有納米尺寸周期結(jié)構(gòu)金屬光柵的孔徑陣列半導(dǎo)體激光器。

如圖1所示，帶有環(huán)形金屬光柵的近場光學(xué)增強型納米陣列通光孔激光器，即在邊發(fā)射半導(dǎo)體激光器的出光端面上用蒸鍍或者濺射的方法鍍上一層金屬薄膜(為金或銀或鋁或鉻等材料)，金屬薄膜層1的厚度控制在20～300nm，理想厚度值為40nm；運用電子束光刻或聚焦離子束刻蝕(FIB)等技術(shù)，在金屬薄膜層上制作具有一定周期結(jié)構(gòu)的納米金屬光柵3，在環(huán)形納米金屬光柵3的中心制作若干個納米孔2，納米孔2的直徑在20～200nm，每個納米孔相距40～400nm。應(yīng)用時，因中心位置有對稱分布的多個納米孔2，環(huán)形的金屬光柵區(qū)域為表面等離子激元的激發(fā)區(qū)，使入射光在金屬光柵的調(diào)制作用下與金屬表面的自由電子相互作用產(chǎn)生可沿金屬表面?zhèn)鞑サ谋砻骐娮用芏炔?，即表面等離子波。