一种产生多重表面晶格共振的结构及其应用的制作方法

本发明属于微纳光子器件技术领域，具体涉及一种产生多重表面晶格共振的结构及其应用。

背景技术：

纳米激光是传统半导体激光和微纳光电子结合发展起来的前沿领域，对微纳光子器件的设计具有重要意义。同时，受到“三维光学衍射极限”的限制，纳米激光器的集成化、微型化发展受到了很大挑战，但表面等离激元激光器可以克服衍射极限并将光限制在亚波长区域。目前，表面等离激元激光器体系具有很大的辐射损耗，从而引起品质因子降低、局域场强弱化。

表面晶格共振是纳米颗粒阵列中局域表面等离激元共振与阵列瑞丽异常耦合激发的一种共振模式，它可以将入射场能量很好的局限在阵列结构中，从而有效抑制体系辐射损耗，并显著增大局域场强。但是，目前单一的表面晶格共振只能在单一波段对光谱进行调控，不能在多个波段同时抑制体系辐射损耗，从而不能实现对多个波段同时进行调制。

技术实现要素：

本发明提供了一种产生多重表面晶格共振的结构及其应用，解决了上述技术问题，本发明基于等离激元分子阵列结构，设计出了能很好产生多重表面晶格共振的多模表面等离激元激光器芯片，实现了在多个波段同时抑制体系的辐射损耗的目的。

本发明的第一个目的是提供一种产生多重表面晶格共振的结构，包括多个等离激元分子，多个所述等离激元分子有序排列成陈列结构，所述等离激元分子是由纳米金或纳米银单元结构构成的聚合体。

优选地，所述单元结构为纳米盘、纳米棒、纳米三角或纳米环。

优选地，所述聚合体为三聚体、四聚体或五聚体。

优选地，所述聚合体对称性属于dnh、dnd、dn、cnh、cnv或cn点群，其中n为≥2的整数。

本发明的第二个目的是提供上述产生多重表面晶格共振的结构在表面等离激元激光器芯片方面的应用。

本发明的第三个目的是提供一种表面等离激元激光器芯片，包括基底，所述基底上排布有上述产生多重表面晶格共振的结构。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果:

本发明提供的等离激元分子阵列结构能够产生多重表面晶格共振，利用该结构制作成的表面等离激元激光器芯片能很好地激发起多重表面晶格共振，且能够在多个波段同时抑制体系辐射损耗，对多个波段进行调制，出射多个波段的纳米激光，这对信息集成化的发展具有重要意义。

附图说明

图1是实施例1多模表面等离激元激光器芯片结构示意图；

图2是实施例1圆盘三聚体c2v分子点群；

图3是实施例1三聚体分子阵列的透射谱图；

图4是实施例2多模表面等离激元激光器芯片结构示意图；

图5是实施例2圆盘四聚体c2v分子点群；

图6是实施例2四聚体分子阵列的透射谱图；

图7是实施例3多模表面等离激元激光器芯片结构示意图；

图8是实施例4多模表面等离激元激光器芯片结构示意图；

图9是实施例4圆盘五聚体d2h分子点群。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提供了一种产生多重表面晶格共振的结构，包括多个等离激元分子，多个等离激元分子有序排列成陈列结构，等离激元分子是由纳米金或纳米银单元结构构成的聚合体，单元结构可为纳米盘、纳米棒、纳米三角或纳米环，聚合体可为三聚体、四聚体或五聚体，聚合体对称性属于dnh、dnd、dn、cnh、cnv或cn点群，其中n为≥2的整数；下面我们以金纳米盘为例，说明本发明提供的产生多重表面晶格共振的结构，以及利用上述结构制成的表面等离激元激光器芯片。

实施例1

一种产生多重表面晶格共振的结构，由金纳米盘三聚体c2v分子有序排列成陈列结构，如图2所示，金纳米盘三聚体c2v分子由三个厚度相同、直径大小不同的金纳米盘构成，其中，两个小金纳米盘的直径相等，小金纳米盘半径r＝80nm，大金纳米盘半径r＝150nm，s＝240nm，g＝290nm，大、小金纳米盘厚度均为h＝50nm；如图1所示，将上述阵列结构通过离子/电子刻蚀方法刻蚀在石英-pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)基底上，制得多模表面等离激元激光器芯片。

为了检测上述等离激元激光器芯片的性能，通过电子束刻蚀实验，将制作好的样品浸入与已设定折射率相匹配的油里进行测量，得到对应的透射光谱图(见图3左)，通过时域有限差分法(fdtd)模拟，设定周围环境折射率为1.48，计算得到透射光谱图(见图3右)；由图3可得，实验和计算仿真的结果具有很好的拟合性：当入射场偏振方向为x方向时，保持垂直入射场偏振方向上的周期py为750nm，改变平行入射场偏振方向上的周期px(650nm、750nm、850nm)分别在1000nm以上的位置处出现了多个尖锐的共振峰，即局域共振模式与阵列瑞丽异常耦合产生的多重表面晶格共振模式。

实施例2

一种产生多重表面晶格共振的结构，由金纳米盘四聚体c2v分子有序排列成陈列结构，如图5所示，金纳米盘四聚体c2v分子由四个金纳米盘构成，其中两个小金纳米盘半径均为r＝70nm，两个大金纳米盘半径均r＝90nm，s1＝170nm，s2＝240nm，s3＝240nm，大、小金纳米盘厚度均为h＝50nm；如图4所示，将上述阵列结构通过离子/电子刻蚀方法刻蚀在石英-pmma基底上，制得多模表面等离激元激光器芯片；

如图6所示，电子束刻蚀实验表明，当入射场偏振方向为x方向时，保持垂直入射场偏振方向上的周期py为750nm，改变平行入射场偏振方向上的周期px(650nm、750nm、850nm)分别实现了多重表面晶格共振。

实施例3

一种产生多重表面晶格共振的结构，由金纳米盘三聚体d3h分子有序排列成陈列结构，三聚体d3h分子点群由三个大小相同的金纳米盘构成，设置金纳米盘半径r＝80nm，金纳米盘圆心间距s＝175nm，金纳米盘厚度h＝50nm，将上述阵列结构通过离子/电子刻蚀方法刻蚀在石英-pmma基底上，如图7所示，制得多模表面等离激元激光器芯片，效果与实施例1相同，同样可以实现多重表面晶格共振。

实施例4

一种产生多重表面晶格共振的结构，由金纳米盘五聚体d2h分子有序排列成陈列结构，如图9所示，五聚体d2h分子点群由五个金纳米盘构成，其中四个小金纳米盘大小相同，设置大金纳米盘半径r＝120nm，小金纳米盘半径r＝60nm，s1＝200nm，s2＝360nm，金纳米盘厚度均为h＝50nm，如图8所示，将上述阵列结构通过离子/电子刻蚀方法在石英-pmma基底上，效果与实施例1相同，同样可以实现多重表面晶格共振。

综上所述，本发明提供的等离激元分子阵列结构能够产生多重表面晶格共振，利用该结构制作成的表面等离激元激光器芯片能很好地激发起多重表面晶格共振，且能够在多个波段同时抑制体系辐射损耗，对多个波段进行调制，出射多个波段的纳米激光，这对信息集成化的发展具有重要意义。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。