等离激元光子源器件以及产生表面等离激元光子的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及表面等离激元光子学应用领域，更具体地说，本发明涉及一种等一种离激元光子源器件、以及一种半导体量子点受激辐射产生表面等离激元光子的方法。
【背景技术】
[0002]表面等离激元是导体表面源于自由电子集体振荡的电荷密度波与其电磁模联合形成的一种传播激发子。近十年来的研究表明，利用金属纳米结构中表面等离激元所具有的独特光学特性能够提高近场显微镜的分辨率、提升发光二极管的效率、在纳米尺度实现电磁场的调控、实现隐身等，并在包括数据存储、非线性光学、亚波长结构波导、太阳能电池等应用研究领域提供了新的机遇，同时表面等离激元为发展新型光子器件、宽带通讯系统、尺度极小的微小光子回路、新型光学传感器和测量技术提供了可能。量子信息技术是研究信息处理的一门新兴前沿技术，目的在于在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量和提高检测精度等方面突破现有的经典信息系统的极限。基于等离激元实现量子信息处理的关键是有操作简便、易于光路集成的可靠的等离激元光子源。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于为满足基于等离激元实现量子信息应用的需要，提供一种通过激光照射半导体量子点来产生表面等离激元光子的方法以及相应的等离激元光子源器件。
[0004]为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种产生表面等离激元光子的方法，包括:
[0005]第一步骤:在介质层表面制备一层石墨稀，作为表面等离激元传播载体；
[0006]第二步骤:在石墨烯上制备一层半导体层，从而使得介质层和半导体层共同构成等离激元光子源的波导层，以限制表面等离激元模式；
[0007]第三步骤:在半导体层内部形成一层半导体量子点；
[0008]第四步骤:利用外部激光照射半导体层，使得量子点受激辐射出的光子由于等离激元强親合作用而转化成在石墨稀中传播的等离激元光子。
[0009]优选地，半导体量子点层与石墨稀的距离介于lnm-100nm之间。
[0010]优选地，各个量子点之间距离在20nm以上。
[0011 ] 优选地，在第三步骤中，在半导体层内部采用自组织生长工艺形成一层量子点。
[0012]优选地，半导体层的材料为II1-V族材料。
[0013]优选地，半导体层的材料为InGaAsP材料。
[0014]为了实现上述技术目的，根据本发明，还提供了一种等离激元光子源器件，包括:介质层、形成在介质层表面的作为表面等离激元传播载体的一层石墨稀、形成在石墨稀上的一层半导体层；其中，在半导体层内部形成一层半导体量子点；其中，介质层和半导体层共同构成等离激元光子源器件的波导层，用来限制表面等离激元模式；而且其中，半导体层在受外部激光照射的情况下，使得量子点受激辐射出的光子由于等离激元强耦合作用而转化成在石墨烯中传播的等离激元光子。
[0015]优选地，半导体量子点层与石墨稀的距离介于lnm-100nm之间。
[0016]优选地，各个量子点之间距离在20nm以上。
[0017]优选地，半导体层的材料为II1-V族材料。
【附图说明】
[0018]结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中:
[0019]图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的产生表面等离激元光子的方法的流程图。
[0020]图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的等离激元光子源器件的截面结构图。
[0021]需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
[0023]为实现上述目的，本发明利用二维材料石墨烯代替金属制作器件实现激光照射半导体量子点产生表面等离激元光子，其中利用石墨烯中传播的表面等离激元具有极强亚波长局域特性，在外部激光照射下半导体量子点发生受激辐射，辐射光子在石墨烯与半导体量子点耦合作用下转化为石墨烯中的传播的等离激元光子。
[0024]下面将结合附图来描述本发明的优选实施例。
[0025]<第一优选实施例>
[0026]图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的通过激光照射半导体量子点来产生表面等离激元光子的方法的流程图。
[0027]如图1所示，根据本发明优选实施例的通过激光照射半导体量子点来产生表面等离激元光子的方法包括:
[0028]第一步骤S1:在介质层A表面制备一层石墨稀C，作为表面等离激元传播载体；
[0029]例如，可以采用平板半导体工艺执行第一步骤S1。
[0030]第二步骤S2:在石墨稀C上制备一层半导体层B，从而使得介质层A和半导体层B共同构成等离激元光子源的波导层，以限制表面等离激元模式；
[0031]例如，半导体层B可以采用II1-V族，比如InGaAsP材料。
[0032]例如，同样可以采用平板半导体工艺执行第二步骤S2。
[0033]第三步骤S3:在半导体层B内部形成一层半导体量子点D ;例如，在半导体层B内部采用自组织生长等半导体工艺形成一层量子点D。
[0034]优选地，半导体量子点层D与石墨烯C的距离介于lnm-100nm之间。而且，优选地，量子点之间距离足够大使得相互之间的影响最小化；例如，各量子点之间距离20nm以上，使得量子点相互之间的影响可以忽略不计。
[0035]第四步骤S4:利用外部激光照