[发明专利]一种有机/金属纳米线异质结及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种有机/金属纳米异质结，所述异质结包括作为光学增益介质的有机分子和包埋于所述光学增益介质中的金属纳米线；所述异质结形成以光学增益介质为主干，金属纳米线为枝的复合结构；所述有机分子为具有光学增益的激光染料分子。所述有机分子具有丰富的弱相互作用的官能团，易与金属纳米线产生配位作用，有利于具有光学增益的激光染料分子在组装过程中包覆金属纳米线，形成稳定的有机金属异质结；具有光学增益的激光染料分子组装的有机金属异质结能够将激光模式从金属线输出，形成激光模式的亚波长输出；具有光学增益的激光染料分子组装的有机结构还可与多根金属线组装形成多节点的异质结结构，形成激光多通道亚波长输出。

技术领域

本发明属于有机金属异质结技术领域，具体涉及一种有机/金属纳米线异质结及其制备方法和应用。

背景技术

激光光源是集成纳米光学器件不可或缺的部分，作为微型相干光源，基于单个纳米结构的激光器具有尺寸小、可集成和调制等优点，是近年来有源低维结构的研究重点和研究热点之一。到目前为止，波长量级的激光器已经实现了不同材料的使用，如光子晶体和半导体纳米线。然而，由于衍射的限制，使得所述的光子晶体的模式受限于其体积的容量，且所述三维腔的输出大于～(λ/2n)³。表面等离子体激元(SPPs)，一种金属介质界面的电磁激励，可以实现光信号在亚波长尺度下传导及应用，并且被开发制备多种纳米激光器，这在未来的集成光路方面具有重要的应用前景。但是这种激光器也具有自身的缺点，比如减小了的模式体积使得光泵浦效率降低，金属附带的高损耗使得腔体的品质因子(Q-factors)相对于介质激光器来说非常的低。各种新颖的纳米激光器以及相应问题的出现，说明了该领域还需要研究人员的继续探索。

于是研究者们提出，将增益介质与金属纳米线集成起来制备成复合体系，这样在光信号的传导方面既具有介质材料的低损耗的优点又具有金属纳米材料的亚波长传导的独特优势。这种复合体系，既可以实现激光，又可能实现激光信号的亚波长输出。但是由于增益介质与金属之间往往需要严格的晶格匹配，复合仍然十分困难。同时，以往的复合体系中信号输出通道有限，难以满足高通量集成化的光学回路的需求。因此，亟待寻找一种可以实现激光亚波长输出的介质波导与金属纳米线集成起来制备成具有多通道信号输出的复合光源。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供如下技术方案：

一种有机/金属纳米线异质结，所述异质结包括作为光学增益介质的有机分子，和包埋于所述光学增益介质中的金属纳米线；所述异质结形成以光学增益介质为主干，金属纳米线为枝的复合结构；所述有机分子为具有光学增益的激光染料分子。

本发明还提供上述制备有机/金属纳米异质结的方法，所述方法包括如下步骤：

1)将金属纳米线分散于溶剂中，得到金属纳米线的分散体系；

2)将具有光学增益的激光染料分子溶解于良溶剂中，得到具有光学增益的激光染料分子的良溶液；

3)取上述步骤2)所述的具有光学增益的激光染料分子的良溶液，滴在基片上，待所述的具有光学增益的激光染料分子的良溶液中的良溶剂挥发完全后，加入到上述步骤1)的分散体系，得到混合体系；

4)静置混合体系后，形成以光学增益介质为主干，金属纳米线为枝的复合结构，即得到有机/金属纳米异质结。

本发明提供上述的有机/金属纳米异质结在制备纳米光子学元件中的应用。

本发明提供上述的有机/金属纳米异质结在制备集成光路中的应用。

本发明提供上述的有机/金属纳米异质结在制备纳米传感器中的应用。

本发明提供上述的有机/金属纳米异质结在单通道激光SPP输出中的应用。

本发明提供上述的有机/金属纳米异质结在多通道激光SPP输出中的应用。