一种出射波长实时可调的石墨烯阵列表面等离子激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信技术领域，具体是一种出射波长实时可调的石墨烯阵列表面等离子激光器。
【背景技术】
[0002]表面等离子体激元(Surface plasmon polaritons, SPPs)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SPPs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。
[0003]尤其以佐治亚州立大学物理与天文系教授Mark I Stockman提出了一种表面等离子激光器(SPASER)，该课题组的最新研宄引入了石墨烯的纳米贴片作为等离子腔和量子级联实现增益，相比于早期的量子级联激光器Mark团队提出的量子级联石墨烯SPASER，具备了显著的纳米源强度。表面等离子激光器在新型光子器件、宽带通讯系统、微小光子回路、光电子集成等方面具有很大的潜力。当前已经产生了以SPPs受激辐射研宄为核心内容的亚波长光学这一学科，科学家们对此进行了广泛的研宄提出了各种的器件与机理。
[0004]《Nature》在 2OO5 年 438 卷 I97 - 200 页上登载了 “Two-dimens1nal gas ofmassless dirac ferm1ns in graphene” 一文，英国曼彻斯特大学Novoselov 团队观察到异常的石墨烯量子霍尔效应，揭示了石墨烯的二维狄拉克费米子不寻常的现象特性。尽管上述报道的表面等离子纳米激光器通过改变半导体增益介质水平可以实现波长调谐，但由于采用的固体增益材料使其丧失了动态调谐的可能性。
[0005]目前对于表面等离子激光器研宄大都集中在固态基底上有机染料增益优化实现。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种出射波长实时可调的石墨烯阵列表面等离子激光器。这种等离子激光器能够实现波长动态实时调谐，且结构简单、易于实现。
[0007]实现本发明目的的技术方案是:
一种出射波长实时可调的石墨烯阵列表面等离子激光器，包括顺序叠接的S12基底层、石墨烯周期条状阵列层、有机溶剂层和玻璃层，石墨烯周期条状阵列层设有与微流体装置连接的流体通道。
[0008]所述的石墨烯周期条状阵列层是沉积在S12基底层上。
[0009]所述的有机溶剂层为二甲基亚砜IR-140-DMS0混合溶液层，有机溶剂层夹杂在石墨烯周期条状阵列层与玻璃层间。
[0010]所述的IR-140-DMS0混合溶液层是染料分子与DMSO混合液体溶剂，溶剂比例依据激光波长要求通过流体通道进行实时调节，依据染料分子折射率变化与出射光的变化关系，实现出射激光波长变化的控制。
[0011]所述的玻璃层为高透射率BK7显微镜玻璃盖片。
[0012]通过从石墨烯周期条状阵列层侧面以为45°角度的泵浦光进入有机溶剂层和石墨烯周期条状阵列层的界面，利用石墨烯和有机溶剂耦合共振产生有机溶剂-石墨烯界面的SPPs，由于SPPs的增强作用产生光的自发辐射放大传播，这样能够使得玻璃表面出射激光。
[0013]所述的泵浦激光由频率5kHz、波长585nm的纳秒激光器提供。
[0014]所述的流体通道利用的是石墨烯条形周期阵列的空间间隔，集成实现的一个微流体装置。
[0015]所述的夹杂有机溶剂，能够补偿SPPs损耗，增强光子局域化效果。
[0016]这种等离子激光器采用了流体通道形式液态增益实现了表面等离子增强，不仅能够增强光子局域化效果和SPPs波的传播距离，还能通过实时调节有机溶剂浓度实现有效折射率变化，进而控制出射激光的波长，实现了动态调谐激光波长，可以为宽带通讯系统、微小光子回路、光电子集成等领域提供关键器件。
【附图说明】
[0017]图1为实施例中石墨烯阵列表面等离子激光器结构示意图。
[0018]图中，1.S12基底层2.石墨烯周期条状阵列层3.有机溶剂层4.玻璃层5.出射光6.泵浦光。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本
【发明内容】
作进一步阐述说明，但不是对本发明限定。
[0020]实施例:
参照图1，一种出射波长实时可调的石墨烯阵列表面等离子激光器，包括顺序叠接的S12基底层1、石墨烯周期条状阵列层2、有机溶剂层3和玻璃层4，石墨烯周期条状阵列层2设有与微流体装置连接的流体通道。各层的长宽均为800nm、600nm，S12基底层I厚度为lOOnm、石墨稀周期条状阵列层2厚度为30nm、条状石墨稀周期20nm、有机溶剂层3厚度为30nm、玻璃层3厚度150nm。
[0021]所述的石墨烯周期条状阵列层2是沉积在S12基底层I上。
[0022]所述的有机溶剂层3为二甲基亚砜IR-140-DMS0混合溶液层，有机溶剂层夹杂在石墨烯周期条状阵列层2与玻璃层4间。
[0023]所述的IR-140-DMS0混合溶液层是IR-140染料分子与DMSO混合液体溶剂，溶剂比例依据激光波长要求通过流体通道进行实时调节，依据染料分子的折射率变化范围实现出射光5波长变化控制。
[0024]所述的玻璃层4为高透射率BK7显微镜玻璃盖片。
[0025]通过从石墨烯周期条状阵列层2侧面以为45°角度的泵浦光6进入有机溶剂层3和石墨烯周期条状阵列层2的界面，利用石墨烯和有机溶剂耦合共振产生有机溶剂-石墨烯界面的SPPs，由于SPPs的增强作用产生光的自发辐射放大传播，这样能够使得玻璃表面射出出射光5。
[0026]所述的泵浦光6由频率5kHz、波长585nm的纳秒激光器提供。
[0027]实现上述实时可调的石墨烯阵列表面等离子激光器制作过程如下，首先在S12S底层I上将有机溶剂层3沉淀在玻璃层4上，完成后将有机溶剂层3与玻璃层4剥离，然后将周期条状的Cu孔阵列附在有机溶剂层3的上表面，接着将石墨烯沉积到Cu孔中，进而刻蚀石墨烯条状阵列，最后将刻蚀完的三层物质沉积到S12基底层I上。
[0028]使用时，微流体装置入口连接石墨烯周期条状阵列层2的一端，微流体装置出口连接石墨烯条形石墨烯周期条状阵列层2的另一端。
【主权项】
1.一种出射波长实时可调的石墨烯阵列表面等离子激光器，其特征是，包括顺序叠接的S12基底层、石墨烯周期条状阵列层、有机溶剂层和玻璃层，石墨烯周期条状阵列层设有与微流体装置连接的流体通道。2.根据权利要求1所述的出射波长实时可调的石墨烯阵列表面等离子激光器，其特征是，所述的石墨烯周期条状阵列层是沉积在S12基底层上。3.根据权利要求1所述的出射波长实时可调的石墨烯阵列表面等离子激光器，其特征是，所述的有机溶剂层为二甲基亚砜IR-140-DMS0混合溶液层，有机溶剂层夹杂在石墨烯周期条状阵列层与玻璃层间。
【专利摘要】本发明公开了一种出射波长实时可调的石墨烯阵列表面等离子激光器，其特征是，包括顺序叠接的SiO2基底层、石墨烯周期条状阵列层、有机溶剂层和玻璃层，石墨烯周期条状阵列层设有与微流体装置连接的流体通道。这种等离子激光器采用了流体通道形式液态增益实现了表面等离子增强，不仅能够增强光子局域化效果和SPPs波的传播距离，还能通过实时调节有机溶剂浓度实现有效折射率变化，进而控制出射激光的波长，实现了动态调谐激光波长，可以为宽带通讯系统、微小光子回路、光电子集成等领域提供关键器件。
【IPC分类】H01S5/30, H01S5/06
【公开号】CN104917054
【申请号】CN201510399678
【发明人】朱君, 秦柳丽, 宋树祥, 傅得立
【申请人】广西师范大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年7月9日