[發明專利]Bragg反射鏡耦合表面等離子體激光光源

有效

• 申請號: 201210487839.3
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102931580A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 王立軍;陳泳屹;秦莉;佟存住;寧永強
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10;H01S5/34
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明屬于激光器領域，特別涉及Bragg反射鏡耦合表面等離子體激光光源。

背景技術

隨著納米微加工技術的發展和成熟，激光器面臨著小型化發展的趨勢?；诒砻娴入x子激元（Surface?Plasmon?Polaritons,SPPs）的激光光源有靈敏度高、體積小、能量集中等優點，因而在生物探測器、信息存儲、光計算、近場光學成像、納米光刻技術和分子操縱技術等領域擁有者廣闊的應用和發展前景；并且，隨著科技的發展，越來越多的領域對表面等離子體激光光源的需求不斷增長。

為了制作出可以直接應用的表面等離子體激光光源，在某個維度上實現更小的電磁場能量壓縮，由金屬所引入的表面等離子體被廣泛研究。表面等離子體使得電場強度在金屬的兩個方向上急劇衰減，并且形成只能沿著金屬表面傳播的表面等離子波，是目前限制光場分布的最佳手段。

由于表面等離子體波的波矢跟真空中的波矢不匹配，因而不能被直接激發。表面等離子體波的光學激發方式主要有棱鏡激發的Kretchmann結構和Otto結構，但是由于對材料和入射光角度的苛刻要求，使得工藝上不容易在半導體器件的生長制備中直接實現，并且集成困難，限制了表面等離子體激光光源的直接應用。因此如何解決該問題，設計一種制作工藝簡單、性能穩定、成本低、易推廣的表面等離子體激光光源勢在必行。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種Bragg反射鏡耦合表面等離子體激光光源，該光源可以有效解決現有光致激發困難、制作工藝難度大、成本高、集成困難等問題。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

Bragg反射鏡耦合表面等離子體激光光源，該光源包括：n面電極、襯底、Bragg反射鏡、波導層、量子阱、全反射層、p面電極、低折射率介質和金屬層；襯底上面依次生長Bragg反射鏡、波導層、量子阱、全反射層和p面電極，襯底下面生長n面電極，襯底側面依次生長低折射率介質和金屬層，低折射率介質依次與n面電極、襯底、Bragg反射鏡、波導層、量子阱、全反射層和p面電極連接。

發明原理：n面電極和p面電極提供載流子的注入所需要的歐姆接觸，襯底提供器件整體材料生長所需要的晶格條件，光束傳輸的時候，Bragg反射鏡篩選特定角度的光線，光線傳輸能量集中在波導層中，電子和空穴的復合產生光子，量子阱提供光源的光增益和放大，由全反射層全反射，將所有由Bragg反射鏡篩選的特定角度的光線全部反射回諧振腔之中，這里的諧振腔指的是激光在端面反射形成振蕩時由襯底、Bragg反射鏡、波導層、量子阱和全反射層的半導體部分組成的光波導腔體。波導層、低折射率介質和金屬層還將構成類似Otto結構的物理模型使得激光能夠在金屬層表面附近耦合從而形成表面等離子體激光光源輸出。如圖1所示，根據Bragg反射鏡的基本理論，只有滿足特定角度的光線可以在波導層中傳播和諧振；其他不滿足傳輸角度的光線會被很快耗散掉，因而不會在激光器的諧振腔中產生諧振。滿足條件的諧振光通過量子阱的增益和諧振腔的諧振，會在表面的低折射率介質中以兩個方向進行出射。由于波導層、低折射率介質和金屬層構成了類似Otto結構的物理模型，滿足特定角度的光線可以直接在金屬表面附近耦合成為SPPs，從而形成表面等離子體激光光源而輸出。

本發明的有益效果是：本發明制作工藝相對簡單、性能穩定、成本低、容易集成和推廣。

附圖說明

圖1本發明Bragg反射鏡耦合表面等離子體激光光源原理示意圖。

圖2本發明Bragg反射鏡耦合表面等離子體激光光源的結構圖。

圖中：1、n面電極，2、襯底，3、Bragg反射鏡，4、波導層，5、量子阱，6、全反射層，7、蓋層，8、p面電極，9、低折射率介質，10、金屬層和11、諧振腔。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。

如圖2所示：Bragg反射鏡耦合表面等離子體激光光源，包括n面電極1、襯底2、Bragg反射鏡3、波導層4、量子阱5、全反射層6、蓋層7、p面電極8、低折射率介質9和金屬層10；襯底2上面依次生長Bragg反射鏡3、波導層4、量子阱5、全反射層6、蓋層7、p面電極8，襯底下面鍍有n面電極1，襯底2側面依次生長低折射率介質9和金屬層10，所述低折射率介質9依次與n面電極1、襯底2、Bragg反射鏡3、波導層4、量子阱5、全反射層6和p面電極8連接。