[發明專利]芯片集成式金屬納米線的表面等離子體激發方法

無效

• 申請號: 201010523965.0
• 申請日: 2010-10-29
• 公開（公告）號: CN101986175A
• 公開（公告）日: 2011-03-16
• 發明（設計）人: 童利民;馬哲;張奚寧;郭欣;楊青;馬耀光
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及表面等離子體的激發方法，尤其涉及一種光源與表面等離子體波導的芯片集成式激發方法。

背景技術

在納米領域中，金屬納米線在制造電子學、光子學、傳感器件中具有廣闊的應用前景。近年來，隨著金屬納米線制備工藝的改進，相對低損耗的金屬納米線已經被制備出來，并應用于制作基于表面等離子體的Fabry-Perot光學諧振腔和表面增強喇曼現象的研究。然而，如何實現光從光源到金屬納米線的有效耦合，仍然是一個急需解決的現實問題。傳統的方法包括基于Kretschmann裝置的棱鏡全反射耦合或物鏡聚焦耦合，這些方法的缺陷在于采用大體積的光學元件(棱鏡、物鏡等)，無法實現光源與表面等離子波導的芯片集成。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種芯片集成式金屬納米線的表面等離子體激發方法。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：將金屬納米線的一端置于激光二極管芯片的出光面，在這一端激發表面等離子體并在金屬納米線中傳輸，金屬納米線的另一端作為光信號的輸出端。

本發明具有的有益效果是：本發明實現了作為光源的激光二極管芯片與作為表面等離子體波導的金屬納米線的直接芯片集成，省略掉了光源到納米線的耦合裝置，從而提高了整體器件的集成度。

附圖說明

圖1是本發明的激發方法示意圖。

圖2是該結構的表面等離子體的激發照片，其中，(a)為三根銀納米線放置于激光二極管(中心波長為650nm)出光面的掃描電子顯微鏡照片；(b)為激光二極管點亮時的光學顯微鏡照片，白色箭頭指明了出光位置；(c)為使用780nm波長激光二級管激發表面等離子體在銀納米線中傳輸的光學顯微鏡照片，銀納米的放置位置如插圖所示。圖2中所有標尺均為5μm。

圖3為銀納米線輸出光的偏振特性，其中，(a)為光學顯微鏡照片指示出銀納米線的放置位置；(b-d)為不同偏振角度下納米線輸出光的光學顯微鏡照片，對應偏振角分別為-7.7°，-45.9°和-78.7°，其中黑色雙向箭頭表示偏振方向；(e)為輸出光強隨偏振角度的變化關系。圖3中所有標尺均為5μm。

圖4為輸出光強隨銀納米線角度的變化關系，其中，(a)為納米線的推動方法示意圖；(b-d)為調節角度過程中，不同角度下光強的變化過程；(e)為光強隨角度的變化關系。圖4中所有標尺均為5μm。

圖5是該發明的幾種補充結構，其中，(a，b)分別為該結構基礎上引入一個納米棒前后銀納米線輸出光強的變化，其中右下角和右上角的插圖分別為光學顯微鏡照片和電子顯微鏡照片；(c)為從銀納米線中部激發；(d)為兩根重疊放置的銀納米線先后分別被激發；(c，d)中的插圖為相應結構的電子顯微鏡照片。圖5的標尺均為5μm。

具體實施方式

下面結合附圖和實例對本發明作進一步說明，本發明的目的和效果將變得更加明顯。

如圖1所示，本發明將金屬納米線的一端置于激光二極管芯片的出光面，激發表面等離子體在金屬納米線中的傳輸，在金屬納米線的另一端，表面等離子體耦合成為自由空間的光發射出來。

所述的金屬納米線直徑為50-1000nm。所述的激光二極管使用一般的商用激光二極管，波長可為400-2000nm。如圖2(b)中使用的激光二極管為日本Sanyo公司的DL-3147-065型紅光激光二極管(中心波長約650nm)，圖2(c)中使用Rohm公司的RLD78NZH1型紅外激光二極管(中心波長約為785nm)。所述的結構可以為多根或單根納米線結構，圖2(b)即為三根銀納米線同時在650nm波長處耦合激發的照片，圖2(c)為單根結構在785nm波長處的耦合激發。

(1)使用物理或化學方法制備直徑50-1000nm左右的金屬納米線，在光學顯微鏡下利用光纖探針在激光二極管端面上推動銀納米線，使其一段置于激光二極管出光面，從而激發表面等離子體。圖3(a)為該結構的光學顯微鏡照片，在光學顯微鏡的物鏡和照相機之間插入一個起偏器，然后關掉光學顯微鏡照明光，打開激光二極管，選擇起偏器的偏振角度，可拍下不同偏振態下納米線的輸出光強。圖3(b-d)為偏振角θ分別為-7.7°，-45.9°和-78.7°時的光學顯微鏡照片。從圖3(e)中可以看出，輸出光強隨偏振角度正弦變化。

(2)通過使用光纖探針推動納米線的一端，可以調節納米線的角度，從而得到不同角度下輸出光強的變化。推動納米線以改變角度的示意圖如圖4(a)所示。圖4(b-d)為夾角分別為38°，60°和70°時的光學顯微鏡照片。從圖4(e)中可以看出，隨著夾角的增加，光強迅速增大。