[發明專利]一種光學增益的金納米線增強表面等離子體的傳播裝置

在審

• 申請號: 201510826322.6
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105372756A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 朱君;徐汶菊;秦柳麗;宋樹祥;傅得立
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: G02B6/10
• 分類號: G02B6/10;G02B6/122;G02B5/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 劉梅芳

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，具體是一種光學增益的金納米線增強表面等離子體的傳播裝置。

背景技術

表面等離子體激元（Surfaceplasmonpolariton,簡稱SPP）是通過改變金屬表面的亞波長結構實現的一種光波與可遷移的表面電荷之間電磁模，可以支持金屬與介質界面傳輸的表面等離子波，從而傳輸光能量，且不受衍射極限的限制。正因為SPP這種獨特的性質，使其在納米量級操縱光能量發揮著重要的作用。尤其以浙江大學與瑞典皇家理工學院阿爾芬實驗室課題組合作在“Novelsurfaceplasmonwaveguideforhighintegrations”一文提出的金屬槽SPP波導，設計的波導結構能夠實現亞波長量級的光場限制，損耗僅僅為4dB/μm。然而盡管研究人員實現了將光場約束到幾十納米的量級，但設計的波導器件損耗依然很大，無法達到大規模應用的要求。

《NaturePhotonics》在2010年4卷第6期382-387頁上登載了“Amplificationoflong-rangesurfaceplasmonsbyadipolargainmedium”一文，DeLeon和Berini報道了采用條形波導結構實現SPP無損傳播損耗補償。盡管這一結構能夠實現光學增益和SPP增強，但目前研究發現條形波導的SPP局域化優勢較弱，這在一定程度上降低了SPP亞波長元件的優勢。顯然實現SPP傳播中的損耗-補償和局域化效應增強是SPP亞波長元件向實用型轉變的首要目標。

通過檢索和查新發現，目前大都采用條形波導結構和金屬薄膜增強SPP局域化效應，但這些結構局域化效果依然無法達到光電子器件集成的要求，而且光傳播距離有限。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，而提供一種光學增益的金納米線增強表面等離子體的傳播裝置。這種裝置能夠在可見光頻率納米級數據傳輸中實現更大的帶寬優勢、且具備了強模式約束，可以實現SPP增益補償。

實現本發明目的的技術方案是：

一種光學增益的金納米線增強表面等離子體的傳播裝置，包括順序疊接的基底層、L形玻璃層、染料層、Au納米線陣列波導層，其中玻璃層L形長邊的外端面與染料層疊接，L形長邊的內端面與基底層疊接。

所述的基底層為二氧化硅基底層。

所述的Au納米線陣列波導層為Au納米線陣列波導結構。用了陣列結構的設計，能夠提高SPP強局域化特點。

所述的染料層采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），通過電泳的方法沉積在玻璃襯底表面上。

所述的玻璃層為高透射率BK7玻璃。

所述的Au納米線采用液晶模板法制備。

所述的二氧化硅基底層能阻擋絕大部分SPP傳播中的反射光和折射光，減少SPP傳播損耗。

通過He-Ne激光器出射波長632nm的激光入射玻璃層到NW（nanowire，納米線）的一端實現SPP激光，488nm的氬離子激光器對Au納米線中間位置進行寬范圍的照射，在Au納米線陣列的另一端面實現光子與SPP能量轉化，由于對稱性克服了動量不匹配，這樣可以顯著增強出射光功率，通過控制光學增益染料濃度實現輸出信號強度增加量。

這種裝置采用經典的Kretschmann結構激發SPP，采用了亞波長光學元件中Au納米線實現SPP傳播，通過泵浦光進一步增強了SPP強局域效應，采用了染料增益增加SPP傳播距離，在無需犧牲波導的亞波長尺寸下實現了提高SPP傳播距離，這一種裝置可以為SPP在新型光子器件、寬帶通訊系統、微小光子回路、光電子集成等方面應用提供關鍵器件。

這種裝置能夠在可見光頻率納米級數據傳輸中實現更大的帶寬優勢、且具備了強模式約束，可以實現SPP增益補償。

附圖說明

圖1為實施例的結構示意圖。

圖中，1.He-Ne激光器2.氬離子激光器3.Au納米線陣列波導層4.染料層5.玻璃層6.基底層。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明內容作進一步的闡述，但不是對本發明的限定。

實施例：

參照圖1，一種光學增益的金納米線增強表面等離子體的傳播裝置，包括順序疊接的基底層6、L形玻璃層5、染料層4、Au納米線陣列波導層3，其中玻璃層5L形長邊的外端面與染料層4疊接，L形長邊的內端面與基底層6疊接。