[发明专利]复合一维光子晶体纳米梁腔表面等离子体激光器

权利要求书

1.一种复合一维光子晶体纳米梁腔表面等离子体激光器，其特征在于，包括表面等离子体谐振腔、复合一维光子晶体纳米梁腔和波导结构，所述的激光器主体为长条的轴对称结构，中间对称点为表面等离子体谐振腔，表面等离子体谐振腔相对的两侧对称，分别依次为复合一维光子晶体纳米梁腔和波导结构，整体形成长条结构；

表面等离子体谐振腔包括：最上层作为金属电极和产生表面等离子体的金属层(100)，位于金属层下方的依次是缓冲接触层(102)、提供足够光放大的有源增益介质层(104)；

复合一维光子晶体纳米梁腔(106)为在光子晶体高折射率层(112)中设有空气孔，自表面等离子体谐振腔沿长条结构向外依次包括半径和周期逐渐增大的离散的第一圆柱空气通孔部分(108)、半径和周期不变的均匀的离散的第二圆柱空气通孔部分(110)，所述的圆柱空气孔轴垂直于表面等离子体谐振腔的各层。

2.按照权利要求1所述的一种复合一维光子晶体纳米梁腔表面等离子体激光器，其特征在于，表面等离子体谐振腔的俯视截面结构是正方形或长方形，截面尺寸在100nm-1000nm，腔高度范围在100nm-1000nm。

3.按照权利要求1所述的一种复合一维光子晶体纳米梁腔表面等离子体激光器，其特征在于，金属层(100)的金属材料为能产生表面等离子体的金、银、铝、铜、钛、镍中的任意一种，金属层厚度在50nm-300nm范围之间。

4.按照权利要求1所述的一种复合一维光子晶体纳米梁腔表面等离子体激光器，其特征在于，有源增益介质层为多量子阱层，量子阱材料为不同组分的砷化镓、铝钾砷、磷化铟、铟镓砷磷等Ⅲ-Ⅴ族材料，其厚度在100-1000nm之间。

5.按照权利要求1所述的一种复合一维光子晶体纳米梁腔表面等离子体激光器，其特征在于，结构中在金属层与有源增益介质层之间存在低折射率的缓冲接触层(102)，一方面作为电泵浦的欧姆接触层，另一方面作为金属与增益介质之间的缓冲层，提供一种表面等离子体和光子混合模式，将光场主要集中在低折射率介质层，有效减少金属损耗；其厚度在5-50nm之间，其材料选自二氧化硅、氟化镁以及折射率较低的Ⅲ-Ⅴ族材料。

6.按照权利要求1所述的一种复合一维光子晶体纳米梁腔表面等离子体激光器，其特征在于，复合一维光子晶体纳米梁腔部分替换为：从中心到两侧包括半径、周期逐渐增大或者周期不变，空气孔半径逐渐增大)的锥形部分以及空气孔半径与周期不变的反射镜部分；或者替换为周期与半径不变；或替换为从中心到两侧周期不变，空气孔半径逐渐减小。

7.按照权利要求1所述的一种复合一维光子晶体纳米梁腔表面等离子体激光器，其特征在于，复合一维光子晶体纳米梁腔的材料是与表面等离子体谐振腔增益介质材料相匹配的折射率较低或相同材料的磷化铟、铝钾砷以及氮化硅。

8.按照权利要求1所述的一种复合一维光子晶体纳米梁腔表面等离子体激光器，其特征在于，输出波导材料复合一维光子晶体纳米梁腔的材料相同。

9.按照权利要求1所述的一种复合一维光子晶体纳米梁腔表面等离子体激光器，其特征在于，为悬空结构，根据不同的设计需求，将其转移到磷化铟衬底或与CMOS工艺兼容的硅基衬底上。