一种光学增益的金纳米线增强表面等离子体的传播装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信技术领域，具体是一种光学增益的金纳米线增强表面等离子体的传播装置。
【背景技术】
[0002]表面等离子体激元(Surface plasmon polariton,简称SPP)是通过改变金属表面的亚波长结构实现的一种光波与可迀移的表面电荷之间电磁模，可以支持金属与介质界面传输的表面等离子波，从而传输光能量，且不受衍射极限的限制。正因为SPP这种独特的性质，使其在纳米量级操纵光能量发挥着重要的作用。尤其以浙江大学与瑞典皇家理工学院阿尔芬实验室课题组合作在 “Novel surface plasmon waveguide for high integrat1ns” 一文提出的金属槽SPP波导，设计的波导结构能够实现亚波长量级的光场限制，损耗仅仅为4 dB/μπι。然而尽管研究人员实现了将光场约束到几十纳米的量级，但设计的波导器件损耗依然很大，无法达到大规模应用的要求。
[0003]《Nature Photonics》在 2010 年 4 卷第 6 期 382_387 页上登载了 “Amplif icat1nof long-range surface plasmons by a dipolar gain medium” 一文，De Leon和Berini报道了采用条形波导结构实现SPP无损传播损耗补偿。尽管这一结构能够实现光学增益和SPP增强，但目前研究发现条形波导的SPP局域化优势较弱，这在一定程度上降低了 SPP亚波长元件的优势。显然实现SPP传播中的损耗-补偿和局域化效应增强是SPP亚波长元件向实用型转变的首要目标。
[0004]通过检索和查新发现，目前大都采用条形波导结构和金属薄膜增强SPP局域化效应，但这些结构局域化效果依然无法达到光电子器件集成的要求，而且光传播距离有限。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种光学增益的金纳米线增强表面等离子体的传播装置。这种装置能够在可见光频率纳米级数据传输中实现更大的带宽优势、且具备了强模式约束，可以实现SPP增益补偿。
[0006]实现本发明目的的技术方案是:
一种光学增益的金纳米线增强表面等离子体的传播装置，包括顺序叠接的基底层、L形玻璃层、染料层、Au纳米线阵列波导层，其中玻璃层L形长边的外端面与染料层叠接，L形长边的内端面与基底层叠接。
[0007]所述的基底层为二氧化硅基底层。
[0008]所述的Au纳米线阵列波导层为Au纳米线阵列波导结构。用了阵列结构的设计，能够提高SPP强局域化特点。
[0009]所述的染料层采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，通过电泳的方法沉积在玻璃衬底表面上。
[0010]所述的玻璃层为高透射率BK7玻璃。[0011 ] 所述的Au纳米线采用液晶模板法制备。
[0012]所述的二氧化硅基底层能阻挡绝大部分SPP传播中的反射光和折射光，减少SPP传播损耗。
[0013]通过He-Ne激光器出射波长632nm的激光入射玻璃层到NW (nanowire,纳米线)的一端实现SPP激光，488nm的氩离子激光器对Au纳米线中间位置进行宽范围的照射，在Au纳米线阵列的另一端面实现光子与SPP能量转化，由于对称性克服了动量不匹配，这样可以显著增强出射光功率，通过控制光学增益染料浓度实现输出信号强度增加量。
[0014]这种装置采用经典的Kretschmann结构激发SPP，采用了亚波长光学元件中Au纳米线实现SPP传播，通过栗浦光进一步增强了 SPP强局域效应，采用了染料增益增加SPP传播距离，在无需牺牲波导的亚波长尺寸下实现了提高SPP传播距离，这一种装置可以为SPP在新型光子器件、宽带通讯系统、微小光子回路、光电子集成等方面应用提供关键器件。
[0015]这种装置能够在可见光频率纳米级数据传输中实现更大的带宽优势、且具备了强模式约束，可以实现SPP增益补偿。
【附图说明】
[0016]图1为实施例的结构示意图。
[0017]图中，1.He-Ne激光器2.氩离子激光器3.Au纳米线阵列波导层4.染料层5.玻璃层6.基底层。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本
【发明内容】
作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。
[0019]实施例:
参照图1，一种光学增益的金纳米线增强表面等离子体的传播装置，包括顺序叠接的基底层6、L形玻璃层5、染料层4、Au纳米线阵列波导层3，其中玻璃层5L形长边的外端面与染料层4叠接，L形长边的内端面与基底层6叠接。
[0020]基底层6为二氧化硅基底层。二氧化硅基底层能阻挡绝大部分SPP传播中的反射光和折射光，减少SPP传播损耗。
[0021]Au纳米线阵列波导层3为Au纳米线阵列波导结构。用了阵列结构的设计，能够提高SPP强局域化特点。Au纳米线采用液晶模板法制备。
[0022]染料层4采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，通过电泳的方法沉积在玻璃衬底表面上。
[0023]L形玻璃层5为高透射率BK7玻璃。
[0024]通过He-Ne激光器1出射波长632nm的激光入射玻璃层5到NW (nanowire,纳米线)的一端实现SPP激光，488nm的氩离子激光器2对Au纳米线中间位置出射488nm的栗浦光进行宽范围的照射，在Au纳米线阵列的另一端面实现光子与SPP能量转化，由于对称性克服了动量不匹配，这样可以显著增强出射光功率，通过控制光学增益染料浓度实现输出信号强度增加量。
[0025]这种装置采用经典的Kretschmann结构激发SPP，采用了亚波长光学元件中Au纳米线实现SPP传播，通过栗浦光进一步提高了 SPP强局域效应，采用了染料增益增加SPP传播距离，在无需牺牲波导的亚波长尺寸下实现了提高SPP传播距离。
【主权项】
1.一种光学增益的金纳米线增强表面等离子体的传播装置，其特征是，包括顺序叠接的基底层、L形玻璃层、染料层、Au纳米线阵列波导层，其中玻璃层L形长边的外端面与染料层叠接，L形长边的内端面与基底层叠接。2.根据权利要求1所述的光学增益的金纳米线增强表面等离子体的传播装置，其特征是，所述的Au纳米线阵列波导层为Au纳米线阵列波导结构。
【专利摘要】本发明公开了一种光学增益的金纳米线增强表面等离子体的传播装置，其特征是，包括顺序叠接的基底层、L形玻璃层、染料层、Au纳米线阵列波导层，其中玻璃层L形长边的外端面与染料层叠接，L形长边的内端面与基底层叠接。Au纳米线阵列波导层为Au纳米线阵列波导结构。这种装置能够在可见光频率纳米级数据传输中实现更大的带宽优势、且具备了强模式约束，可以实现SPP增益补偿。
【IPC分类】G02B5/00, G02B6/122, G02B6/10
【公开号】CN105372756
【申请号】CN201510826322
【发明人】朱君, 徐汶菊, 秦柳丽, 宋树祥, 傅得立
【申请人】广西师范大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月25日