本發明涉及微納光電子技術領域，具體是一種基于石墨烯和脊型波導的表面等離子激光器。
背景技術：
由于衍射極限的存在，傳統半導體激光器的尺寸必須在半個波長以上。表面等離子體激元(surfaceplasmonpolariton,簡稱spp)是通過改變金屬表面的亞波長結構實現的一種光波與可遷移的表面電荷之間電磁模，可以支持金屬與介質界面傳輸的表面等離子波，從而傳輸光能量，且不受衍射極限的限制。正是因為spp的獨特性質，各種spp波導的激光器被提出、典型的就是，《nature》2009年460卷7259期1110-1112頁報道的noginov團隊的“demonstrationofspaser-basednanolaser”，其設計實現了一種世界上最小的44nm激光器,這在當時引起了廣泛關注，同一年，《naturephotonics》報道了美國加州大學圣地亞哥分校nezhad團隊的“roomtemperatureoperationofsubwavelengthmetallo-dielectriclasers”，他們制備了一個圓柱形金屬納腔面發射納米激光器，能夠在室溫下通過光泵浦發射激光，這種等離子體激光的獲取一般不會選取藍光和紫外波段，而是在波長較大的可見光和紅外波段，這對于實際應用是非常有意義的。然而上述研究成果都受限于spp傳播損耗，實現的激光器諧振特性較弱，增益閾值極易發生振蕩，導致較高的增益閾值。
目前對于表面等離子激光器研究大都集中在諧振腔的設計，對多層混合波導的應用報道較少。
技術實現要素：
本發明的目的是針對現有技術的不足，而提供一種基于石墨烯和脊型波導的表面等離子激光器。這種激光器具有較高的品質因數和較低的增益閾值，可以實現低閾值下的亞波長激射，這種激光器能為表面等離子激勵電路提供光源裝置，從而實現更大的帶寬超快數據傳輸，在超小型高密度等離子體器件和光子集成電路方面有著廣泛的應用潛力。
實現本發明目的的技術方案是：
基于石墨烯和脊型波導的表面等離子激光器，包括底層金膜層，金膜層的上表面的中部設有脊型波導結構，分布在脊型波導結構兩側的金膜上對稱鍍有緩沖層，所述脊型波導結構的上方設有石墨烯納米帶，脊型波導結構與兩側的緩沖層之間有空氣間隙。
所述緩沖層為氟化鎂層，氟化鎂緩沖層有良好的偏振作用，通過碳酸鎂與過量的氫氟酸化學反應得到，特別適于紅外光譜。
所述脊型波導結構由化學腐蝕方法制備。
所述石墨烯納米帶為扶手椅型納米帶，是一種半導體，通過機械剝離法制備。
脊型波導結構與空氣間隙是典型的金屬-介質結果，能夠實現spp光子局域化。
石墨烯納米帶與空氣間隙能夠完成spp現象。
spp耦合作用是通過脊型波導結構-空氣間隙-石墨烯納米帶構成的非對稱結構在空氣間隙中得以實現。
這種激光器的入射光從脊型波導結構的脊型金膜的一側入射，在入射光的作用下，金屬金膜受激表面產生電子，與外來光子共振產生表面等離子體激元，且由于石墨烯納米帶作用其中的原子受到激發后形成粒子數反轉，這樣空氣間隙的諧振腔內能夠存在穩定的諧振模式；石墨烯和金膜上下部分都能激發表面等離子，實現spp耦合，由于spp耦合作用可以實現穩定的激光模式，因而激光器在石墨烯和脊型波導作用下能夠實現較小的模式體積和輻射增強效應，這樣能夠保持較低的增益閾值。
這種激光器由于穩定的諧振模式使得光場能量的大部分脫離了高損耗的金屬，減小了傳輸過程中損耗，同時達到較長的傳輸長度。
這種激光器具有較高的品質因數和較低的增益閾值，實現了低閾值下的亞波長激射，這種激光器能為表面等離子激勵電路提供光源裝置，從而實現更大的帶寬超快數據傳輸，在超小型高密度等離子體器件和光子集成電路方面有著廣泛的應用潛力。
附圖說明
圖1為實施例的結構示意圖。
圖中，1.金膜層2.緩沖層3.石墨烯納米帶4.空氣間隙。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明內容作進一步闡述，但不是對本發明的限定。
實施例：
參照圖1，基于石墨烯和脊型波導的表面等離子激光器，包括底層金膜層1，金膜層1的上表面的中部設有脊型波導結構，分布在脊型波導結構兩側的金膜上對稱鍍有緩沖層2，所述脊型波導結構的上方設有石墨烯納米帶3，脊型波導結構與兩側的緩沖層2之間有空氣間隙4。
所述緩沖層2為氟化鎂層，氟化鎂緩沖層有良好的偏振作用，通過碳酸鎂與過量的氫氟酸化學反應得到，特別適于紅外光譜。
所述脊型波導結構由化學腐蝕方法制備。
所述石墨烯納米帶3為扶手椅型納米帶，是一種半導體，通過機械剝離法制備。
脊型波導結構與空氣間隙4是典型的金屬-介質結果，能夠實現spp光子局域化。
石墨烯納米帶3與空氣間隙4能夠完成spp現象。
spp耦合作用是通過脊型波導結構-空氣間隙4-石墨烯納米帶3構成的非對稱結構在空氣間隙4中得以實現。
入射光從脊型波導結構的脊型金膜的一側入射，在入射光的作用下，金屬金膜受激表面產生電子，與外來光子共振產生表面等離子體激元，且由于石墨烯納米帶3作用其中的原子受到激發后形成粒子數反轉，這樣空氣間隙4的諧振腔內能夠存在穩定的諧振模式；石墨烯和金膜上下部分都能激發表面等離子，實現spp耦合，由于spp耦合作用可以實現穩定的激光模式，因而激光器在石墨烯和脊型波導作用下能夠實現較小的模式體積和輻射增強效應，這樣能夠保持較低的增益閾值。