[发明专利]基于二硫化钼的表面等离子体激元的纳米激光器

说明书

本发明公开了一种基于二硫化钼的表面等离子体激元的纳米激光器，包括：半导体纳米线、上SiO₂层、MoS₂层、下SiO₂层、金属纳米线以及包裹金属纳米线的SiO₂层，其中：上SiO₂层和下SiO₂层的横向中间位置均设置有空气槽，上SiO₂层和下SiO₂层之间被MoS₂层间隔；半导体纳米线位于上SiO₂层之上，并与上SiO₂层横向中间位置的空气槽通过两个交点相连；金属纳米线位于下SiO₂层下方，且包裹在SiO₂层内部，金属纳米线与下SiO₂层横向中间部分的空气槽通过一个交点相连。本发明的能量损耗小，可以在室温下实现，阈值更小，能合理平衡能量损耗与局域模限制，方便制造，尺寸更小，阈值更小，综合性能更优。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种基于二硫化钼的表面等离子体激元的纳米激光器。

背景技术

激光被认为是20世纪最重要的发明之一，20世纪六十年代美国人梅曼首先发明了世界上第一台红宝石固体激光器。经过半个多世纪的发展与进步，激光器的发展方向正朝着微型化体积、更快调制和传播速度、更大功率、损耗更低等方向飞速发展。在2003年以前，由于制备工艺的限制和科学理论的不成熟，激光器的尺寸很难继续缩小并突破衍射极限。现如今微纳技术逐步成熟，随之而来激光器的空间尺寸再不断缩小，已经步入到微米量级甚至纳米量级的时代。但是由于传统激光器采用的是光学反馈系统，所以衍射极限一直是其难以突破的瓶颈。器件谐振腔长尺寸则至少是其入射波长的一半，也就是说微型化和集成化很难实现。

表面等离子体也因其在衍射极限下展示出优良的限制、传导光的能力，吸引着越来越多的关注。基于表面等离子体激元的纳米激光器则可以实现深亚波长甚至纳米波长的辐射发光，这使得激光器的微型化成为可能，然而设计高性能的基于表面等离子体波导的纳米激光器存在着模场局域性和损耗的矛盾问题，即获得局域性好的模场分布则会存在较大的传输损耗，保持较低的传输损耗又会导致模场的局域性差。近些年来，混合表面等离子体波导结构的提出在一定程度上实现了高局域性模场分布和低损耗传输的共存，在混合表面等离子体波导中，表面等离子体模式和介质波导模式在低折射率间隙中相互耦合，使得这层间隙起到了储存能量的作用，这在促使了减小传输损耗的同时增强了光场的局域性。目前，诸多研究小组对混合表面等离子体波导结构进行了研究，并且获得一定成效，但是该结构仍然有一定的提升空间，尤其石墨烯、二硫化钼等材料的出现，促使该结构性能的进一步提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中能量损耗较大，在室温下实现困难，模式场分布不集中，导致纳米激光器的阈值较大，综合性能较差的缺陷，提供了一种能量损耗小，可以在室温下实现，阈值更小，综合性能更优的基于二硫化钼的表面等离子体激元的纳米激光器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于二硫化钼的表面等离子体激元的纳米激光器，包括：半导体纳米线、上SiO₂层、MoS₂层、下SiO₂层、金属纳米线以及包裹金属纳米线的SiO₂层，其中：

上SiO₂层和下SiO₂层的横向中间位置均设置有空气槽，上SiO₂层和下SiO₂层之间被MoS₂层间隔；半导体纳米线位于上SiO₂层之上，并与上SiO₂层横向中间位置的空气槽通过两个交点相连；金属纳米线位于下SiO₂层下方，且包裹在SiO₂层内部，金属纳米线与下SiO₂层横向中间部分的空气槽通过一个交点相连。