CN102664350B - 一种等离子激元纳米激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微纳光子器件与激光技术领域。本发明提供一种等离子激元纳米激光器，包括一第一介质层、一第一隔离层、和一增益介质腔体，所述第一隔离层置于所述第一介质层的裸露表面上，所述增益介质腔体置于所述第一隔离层的裸露表面上，其特征在于，所述第一隔离层的厚度与所述增益介质腔体的纵向厚度的比值范围为小于0.5。本发明提供的一种等离子激元纳米激光器，优点在于，减少了激光的阈值。

Description

一种等离子激元纳米激光器

技术领域

本发明涉及微纳光子器件与激光技术领域，尤其涉及一种金属包裹下等离子激元腔体振荡纳米激光器。

背景技术

金属电介质界面的电子气在电磁波的激励耦合下产生的集体震荡表现了奇异的光学特性，也就所谓的表面等离子激元特性。其光场场强在金属和电介质界面处垂直方向上呈指数型衰减，能够将光耦合在金属表面几十纳米甚至更小的范围，借以突破传统的光衍射极限的限制。对于大多数常规微型激光器的共振腔体结构：1/4λ分布式反馈结构，光子带隙缺陷结构，微碟激光结构等，受到衍射极限的限制，腔体里光产生驻波条件要求有效局域模的体积必须满足V_eff＞[λ/(2n)]³(λ为自由空间光的波长，n为电介质有效折射率)，这种可见光范围内亚微米极限尺寸的激光器限制了其在光电集成等领域的应用。而利用等离子激元突破光衍射极限限制的特性，可以实现真正意义上的纳米激光器。

研究者在利用金属等离子激元效应实现激光小型化主要面临着金属等离子激元振荡热损失和局域模限制这两个物理量的矛盾：为了减少金属热损失，光的局域性就会受到限制，而局域性越强，金属的热损失就会越大。荷兰埃因霍芬理工大学的希尔小组利用金包裹的半导体异质结腔体实现了亚波长的纳米激光器的低温激射。金属的引入一方面能够大大减少增益介质振荡模的扩散，减少微型激光器近距离之间发生的串扰。另一方面由于金属侧壁与增益介质腔体直接接触，等离子激元模式和激光振荡模式的交叠不可避免的带来较大的金属热损失，激光的阈值受到了限制，只能在低温下实现激光激射。为了实现室温下激光的激射，美国加利福尼亚圣地亚哥大学的奈奇小组提出通过在金属和增益腔体之间引入低折射率的隔离层可以减少金属的热损失，降低激光的激发阈值。该小组通过平衡增益介质和隔离层的厚度，在保证增益腔体的物理体积的前提下，尽可能减少了金属等离子激元振荡的热损失，实现了室温下亚波长激光器的激射。这种亚微米激光器的实现虽然可以减少增益介质振荡模式的扩散，但其物理机理仅是利用等离子激元对激光振荡模式扩散局域限制作用，其激光器尺寸的进一步缩小仍然受到了限制，难于实现真正意义的纳米激光器。另一方面加州伯克利大学的张翔小组发展了一种纳米线波导和等离子激元杂化耦合的纳米激光器。通过在硫化镉和银金属薄层之间插入一层5纳米低折射率的氟化镁介质层，利用金属界面等离子激元和纳米线波导的耦合可以将激光光场很大程度的局域低折射率隔离层氟化镁之间，也在一定程度上减少金属的热损失。这种光耦合到等离子激元的振荡产生的激光模式面积仅为出射激光波长的二十分之一，由于该种结构缺少有效的等离子激元的振荡反馈，仅在低温下实现激光激射。但是其优点在于产生的激光模式可以很大程度上局域在二维的5纳米隔离层中。随后，该小组又提出基于等离子激元内全反射的方法实现了超衍射极限的室温硫化镉纳米正方形激光器。通过在边长1微米厚度50纳米的硫化镉正方形块和金属薄膜之间引入5纳米厚的低折射率氟化镁隔离层，使得正方形腔体的内全反射振荡模式与金属低折射率隔离层界面的等离子激元耦合，利用耦合后形成杂化等离子激元在低折射率隔离层中有相对较大的有效折射率(大于增益腔体硫化镉的实际折射率)，因此可以在5纳米的氟化镁中形成等离子激元内全反射振荡反馈，增加了激光激射的品质因子，实现了室温激射的激光。但是由于这种结构中等离子激元限制在5纳米氟化镁隔离层振荡，和金属等离子激元有很强的耦合，较高的光场能量局域在金属中，金属中的热损失会很大。另一方面我们需要相对较厚的增益介质块体实现电致发光的纳米激光器件设计。但是研究表明较厚增益腔体振荡模式和金属等离子激元的耦合在优化后较厚的隔离层下会减弱，大部分能量会保留在增益介质腔体中。而且耦合到低折射率隔离层中的等离子激元会因为隔离层厚度的增加有效折射率的降低而不能很好的发生内全反射，产生等离子激元的泄露，从而使得激光阈值很高。大大限制其在未来实际的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种等离子激元纳米激光器，包括一第一介质层、一第一隔离层、和一增益介质腔体，所述第一隔离层置于所述第一介质层的裸露表面上，所述增益介质腔体置于所述第一隔离层的裸露表面上，所述第一隔离层的厚度与所述增益介质腔体的纵向厚度的比值范围为小于0.5。

还包括一第三隔离层，置于所述第一介质层的裸露表面上且围绕所述第一隔离层。

所述第一隔离层和第三隔离层的材料是同一种，折射率与所述增益介质腔体的折射率的比值均小于0.75；所述第一隔离层和第三隔离层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围均为0.01至0.1。

所述第一介质层的材料为石墨烯材料或金属材料；所述金属材料为金、银、铝、铜、钛、镍、铬中任意一种或几种的合金。

所述第一介质层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围为0.1至0.5。

所述增益介质腔体的材料为有机材料或无机材料；所述有机材料为含有荧光分子有机聚合物、高分子有机发光材料的任意一种；所述无机材料为硫化镉、氧化锌、氮化镓、砷化镓、硒化镉中任意一种。

所述增益介质腔体的结构为通过元素掺杂形成的量子阱结构或超晶格结构；所述增益介质腔体的水平截面形状为正方形、三角形、圆形、六边形、五边形、椭圆、梯形中任意一种；所述增益介质腔体的纵向厚度与出射激光波长的比值范围为0.2至0.5，横向宽度与出射激光波长的比值范围为0.8至2。

进一步包括一基底层、一第二介质层和一第二隔离层；所述第一介质层置于所述基底层的裸露表面上；所述第二介质层包裹所述增益介质腔体的侧壁，且与所述第三隔离层的裸露表面接触；所述第二隔离层介于所述第二介质层与所述增益介质腔体的侧壁之间，且与所述第一金属层的裸露表面接触；所述第三隔离层介于所述第二介质层与所述第一介质层之间，且与所述第二隔离层的远离所述增益介质腔体的表面相接触。

所述第一隔离层、第二隔离层和第三隔离层的材料是同一种，折射率与所述增益介质腔体的折射率的比值小于0.75；所述第一隔离层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围为0.01至0.1，所述第二隔离层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围为0.05至0.5，所述第三隔离层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围为0.01至0.1。

所述第一介质层、第二介质层的材料为石墨烯材料或金属材料；所述金属材料为金、银、铝、铜、钛、镍、铬中任意一种或几种的合金；所述第一介质层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围为0.1至0.5，所述第二介质层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围为0.1至0.5。

本发明在表面等离子激元内全反射的基础上对其进行了改进。首先通过平衡隔离层和增益介质腔体之间的厚度比，减少杂化等离子激元在金属中能量的分布，使得金属的热损失较小，同时增加增益介质腔体的厚度。在隔离层厚度较厚的情况下，通过在增益介质腔体侧壁引入带有低折射率隔离层的金属作为包裹层，金属包裹延伸到部分增益介质层正下方的低折射率隔离层中，只留有一个厚度很小的等离子激元激光低折射率隔离层出口。从物理机制上，原有的结构中等离子激元内全反射振荡类比于光在一个高有效折射率的介质腔体中内全反射振荡，而金属包裹增益介质腔体和部分隔离层的结构中，使得等离子激元在金属反射层中实现了反馈振荡，类比于光在有金属反射层中的法布里-珀罗光学振荡。另一方面，金属包裹增益介质腔体也有利于较厚的腔体中提高光和等离子激元的耦合强度，从而实现低折射率隔离层的等离子激元的振荡。由于可以采用较厚的增益介质腔体，因此未来有利于实现电致激发的等离子激元纳米激光器结构，由于结构有一层低折射隔离层出光开口，利于加工制作杂化波导结构，将等离子激元激光通过波导引出，可以和其他集成光路器件很好兼容，对实现有源表面等离子激元器件和光电集成光路具有重要意义。

本发明的优点在于：

1.通过平衡第一隔离层和增益介质腔体之间的厚度比，使得第一介质层的等离子激元振荡热损失较小，从而减少激光的阈值，得到合适的较厚的增益介质腔体的厚度，且为进一步实现电致激光纳米激光器奠定接触。

2.增益介质腔体周围包裹有第二隔离层外的第二介质层，能够形成增益介质腔体里的法布里至珀罗光学振荡，减少增益腔体中光学模向自由空间的泄露。实现较低阈值的纳米激光器。

3.第二介质层包裹部分增益腔体下面的第一隔离层，保证了较厚的第一隔离层中，低有效折射率下等离子激元的法布里至珀罗光学振荡反馈，减少等离子激元向自由空间中泄露，提高振荡腔体的品质因子。

4.第一介质层表面较薄的第三隔离层开口，有利于在上面加工等离子激元杂化波导结构，实现等离子激元激光的导出，与其它平面波导结构集成，为平面等离子激元有源器件集成的实现提供了可能。

附图说明

图1是本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例一的增益波导结构

图；

图2是本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例一的出射激光波长为500nm的波导增益阈值随隔离层厚度的变化曲线图；

图3A是本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例二的横截面结构图；

图3B是本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例二的出射激光为波长484nm的H₄₃的距离增益介质腔体其中一侧面200nm处增益腔体YZ截面电场强度分布图；

图4是本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例二的出射激光为波长484nm的H₄₃的距离第一介质层上表面+Z方向15nm处XY水平截面电场强度分布图；

图5是本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例三的横截面和水平截面结构图；

图6是本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例三的出射激光为波长451nm的H₄₃的距离增益介质腔体其中一侧表面200nm处增益腔体YZ截面电场强度分布图；

图7是本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例三的出射激光为波长451nm的H₄₃的模距离第一介质层上表面+Z方向15nm处XY水平截面电场强度分布图；

图8是本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例三的出射激光为波长472nm的F05模的距离增益介质腔体其中一侧表面200nm处增益腔体YZ截面电场强度分布图；

图9是本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例三的出射激光为波长472nm的F05模的距离第一介质层上表面+Z方向15nm处XY水平截面电场强度分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的一种等离子激元纳米激光器的具体实施方式做详细说明。

等离子激元腔体振荡激光器的阈值特性和品质因子是表征激光器的重要指标。首先利用实例设计激光器的横截面对应增益波导结构计算不同H下隔离层厚度对设计纳米激光器阈值的影响。

增益波导结构中阈值增益定义为波导结构中补偿金属损失和辐射损失的增益。阈值增益的计算表达式如下：

${\mathrm{\ϵ}}_g^{\′\′}={\mathrm{\ϵ}}_m^{\′\′}\underset{\mathrm{metal}}{\∫\∫}\mathrm{dA}{\left|\stackrel{\→}{E}\right|}^2/\underset{\mathrm{gain}}{\∫\∫}\mathrm{dA}{\left|\stackrel{\→}{E}\right|}^2$

其中，分子和分母的积分分别对应波导结构中金属和增益介质截面电场强度的积分。ε″_g为波导结构阈值增益，ε″_m为金属复介电常数的虚部。

等离子激元腔体振荡激光器的品质因子定义为腔体里电磁场振荡能量衰减快慢。品质因子的计算表达式如下：

Q＝w_R/FWHM

w_R腔体模的振荡频率，FWHM为腔体振荡谱中腔体模式的半高宽。

实施例一：

图1所示为本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例一的增益波导结构。其中x，y与z分别代表坐标轴x轴、y轴与z轴。

本发明实施例一提供了一种等离子激元纳米激光器对应的增益波导结构，包括一第一介质层101、一第一隔离层102、和一增益介质腔体103，第一隔离层102置于第一介质层101的裸露表面上，增益介质腔体103置于第一隔离层102的裸露表面上，第一隔离层102的厚度与增益介质腔体103的纵向厚度的比值范围为小于0.5，使得第一介质层101的等离子激元振荡热损失较小，从而减少激光的阈值，得到合适的较厚的增益介质腔体103的厚度，且为进一步实现电致激光纳米激光器奠定基础。

图1中所示的H为第一隔离层102的厚度与增益介质腔体103的纵向厚度之和，图1中所示的Δ为第一隔离层102的厚度。

增益介质腔体103和第一介质层101界面等离子激元之间发生耦合在第一隔离层102中形成亚波长限制的等离子激元杂化振荡光场，第一隔离层102能够有效减少等离子激元振荡中的金属热损失。第一介质层101和增益介质腔体103振荡模的耦合能够将光局域到第一隔离层102中，在保持第一隔离层102的厚度与增益介质腔体103的纵向厚度的比值小于0.5的情况下，增加第一隔离层102的厚度可以减少金属的热损失，降低激光的激射阈值。

本实施例中，第一隔离层102的折射率与增益介质腔体103的折射率的比值小于0.75；第一隔离层102的厚度与出射激光波长的比值范围为0.01至0.1。

第一介质层101的材料为支持激光器出射激光频率下的等离子激元振荡的石墨烯材料或金属材料，所述金属材料为金、银、铝、铜、钛、镍、铬中任意一种；第一介质层101的厚度与出射激光波长的比值范围为0.1至0.5，即第一介质层101的厚度为增益介质腔体103中出射激光波长的0.1至0.5倍，大于增益介质腔体103出射激光形成金属表面等离子激元在介质层中的趋附深度。

增益介质腔体103的材料为有机材料或无机材料；所述有机材料为含有荧光分子有机聚合物、高分子有机发光材料的任意一种；所述无机材料为硫化镉、氧化锌、氮化镓、砷化镓、硒化镉中任意一种；所述增益腔体103的结构为通过元素掺杂形成的量子阱结构或超晶格结构；增益介质腔体103的水平截面形状可以为正方形、三角形、圆形、六边形、五边形、椭圆、梯形中任意一种；增益介质腔体103的纵向厚度与增益介质腔体103出射激光波长的比值范围为0.2至0.5，横向宽度与增益介质腔体103出射激光波长的比值范围为0.8至2。

本实施例中，增益介质腔体103的水平截面形状采用正方形，且增益介质腔体103的横向宽度，即增益介质腔体103的水平截面的边长为出射激光波长的0.8至2倍；增益介质腔体103的材料采用GaN/InGaN量子阱基材料，折射率的实部为2.4，第一介质层101的材料为银，复介电函数色散关系为：

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Ag}}={\mathrm{\ϵ}}_b-E_p^2{\left[E(E-\mathrm{i\γ})\right]}^{-1},$ ε_b＝5，E_p＝9.5eV，γ＝0.04eV，

其中，ε_Ag为银的复介电函数，ε_b为银的电介质常数部分，E_p为银的自由电子气的等离子振荡能量，γ为银的自由电子气的振荡弛豫时间，E为电磁波的振荡能量。

第一隔离层102的材料采用MgF₂材料，折射率的实部为1.38。

在本实例中，出射激光波长为500nm。

图2是本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例一的出射激光波长为500nm的波导增益阈值随隔离层厚度的变化曲线。

增益介质腔体103对应传播出射激光波长500nm时，固定不同的H，改变第一隔离层102的厚度，观察增益介质腔体103的波导增益阈值的变化。当第一隔离层102的厚度增加时，金属占有电磁波能量较少，会减少金属热损失；另一方面，增益介质腔体103占有的体积减少，意味着需要更多的增益补偿金属的热损失。这两者的矛盾使得在一定第一隔离层102的厚度时增益介质腔体103的增益波导阈值最小。由图2可见，H较小时，最小阈值下的第一隔离层102的厚度仅为5nm，H较大时，由于等离子激元和波导模耦合强度较小，电磁能量主要集中在波导模中，不存在优化的第一隔离层102的厚度，一定厚度的H如：H＝150，H＝200时，对应地第一隔离层102的厚度分别为30和50nm左右，此时增益阈值最小。

再者，我们利用增益波导中得到的第一隔离层102的厚度对相应的三维的等离子激元方块腔体进行了时域有限差分模拟。计算等离子激元纳米激光腔体的电磁振荡强度谱，获得了可见光范围内各种振荡模式的波长和腔体品质因子。

实施例二：

图3A所示为本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例二的横截面结构图。其中x，y与z分别代表坐标轴x轴、y轴与z轴。

本发明实施例二提供了一种等离子激元纳米激光器，包括一第一介质层302、一第一隔离层304、和一增益介质腔体305，第一隔离层304置于第一介质层302的裸露表面上，增益介质腔体305置于第一隔离层304的裸露表面上，第一隔离层304的厚度与增益介质腔体305的纵向厚度的比值范围为小于0.5，使得第一介质层302的等离子激元振荡热损失较小，从而减少激光的阈值，得到合适的较厚的增益介质腔体305的厚度，且为进一步实现电致激光纳米激光器奠定基础。

本发明实施例二还包括一第三隔离层303，置于第一介质层302的裸露表面上且围绕第一隔离层304。第三隔离层303的材料与第一隔离层304的材料为同一种。

图3B所示为本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例二的出射激光为波长484nm的H₄₃的距离增益介质腔体其中一侧面200nm处增益腔体YZ截面电场强度分布。

本实施例中，出射激光为波长484nm的H₄₃振荡模。由图3B可以看出，电磁场能量在第一隔离层304的厚度为30nm，增益介质腔体的纵向厚度为120nm时，从第三隔离层或是增益腔体周围泄露出去。振荡强度谱得到该振荡模式品质因子为13。

图4所示为本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例二的出射激光波长为484nm的H₄₃的距离第一介质层上表面+Z方向15nm处XY水平截面电场强度分布。

本实施例中，出射激光为波长484nm的H43模。由图4可以看出，本实施例的激光器结构中，第一隔离层304中等离子激元振荡形成了内全反射模式，但是能量主要集中在增益介质腔体305四周，显示此种情况下，等离子激元很容易泄露，这是因为第一隔离层304的厚度的增加使得有效折射率下降。

实施例三：

图5所示为本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例三的横截面和水平截面结构。

图中其中x，y与z分别代表坐标轴x轴、y轴与z轴；图中最右边为实施例三中激光器的水平截面结构；图中正中间的为实施例三的横截面。

本发明实施例三提供了一种等离子激元纳米激光器，包括一第一介质层502、一第一隔离层504、和一增益介质腔体505，第一隔离层504置于第一介质层502的裸露表面上，增益介质腔体505置于第一隔离层504的裸露表面上，第一隔离层504的厚度h3与增益介质腔体505的纵向厚度h1的比值范围为小于0.5，实施例三进一步包括一基底层501、一第二介质层507、一第二隔离层506和一第三隔离层503；第一介质层502置于基底层501的裸露表面上；第二介质层507包裹增益介质腔体505的侧壁，且与所述第三隔离层503的裸露表面接触；第二隔离层506介于第二介质层507与增益介质腔体505的侧壁之间，且与第一金属层的裸露表面接触；第三隔离层503介于第二介质层507与第一介质层502之间，且与第二隔离层506的远离增益介质腔体505的表面相接触。

图中所示h2为第二介质层507的高度。

本实施例中，增益介质腔体505的水平截面形状采用正方形，且增益介质腔体505的横向宽度w1＝600nm，即增益介质腔体505的水平截面的边长为600nm；第一介质层502的厚度h5＝300nm，第三隔离层503的厚度h4＝5nm，第一隔离层504的厚度h3＝30nm，第二介质层507的高度＝145nm，第二介质层507的厚度w3＝100nm，第二隔离层506的厚度w2＝25nm，增益介质腔体505的纵向厚度h1＝120nm，增益介质腔体505的材料采用GaN/InGaN量子阱基材料，折射率的实部为2.4，第一介质层502和第二介质层507的材料均为银，复介电函数色散关系为：

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{Ag}}={\mathrm{\ϵ}}_b-E_p^2{\left[E(E-\mathrm{i\γ})\right]}^{-1},$ E_p＝9.5eV，γ＝0.04eV，

其中，ε_Ag为银的复介电函数，ε_b为银的电介质常数部分，E_p为银的自由电子气的等离子振荡能量，γ为银的自由电子气的振荡弛豫时间，E为电磁波的振荡能量。

第一隔离层504、第二隔离层506和第三隔离层503的材料均采用MgF₂材料，折射率的实部为1.38。

与实施例一相比，本实施例在结构上多了基底层501、第二介质层507和第二隔离层506。就本实施例中与实施例一的结构相同部分的功能与益处在此不再赘述。

第二介质层507不仅能够让较厚的增益介质腔体505发出的光有效的耦合到第一隔离层504中，而且可以让等离子激元在第二隔离层506中形成有效反馈振荡。

图6所示为本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例三的出射激光为波长451nm的H₄₃的距离增益介质腔体其中一侧表面200nm处增益腔体YZ截面电场强度分布。

图中，出射激光为波长451nm的H₄₃模。由图可以看出，第二介质层507包裹增益介质腔体505和第二隔离层506，使得很大部分电磁振荡能量集中在30nm的第一低隔离层中，增益介质腔体505振荡的H₄₃模有效地和第一介质层502的金属表面等离子激元发生耦合。并且显示激光可以从第三隔离层503出光口出射。

图7所示为本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例三的出射激光为波长451nm的H₄₃的模距离第一介质层上表面+Z方向15nm处XY水平截面电场强度分布。

图中，出射激光为波长451nm的H₄₃模。从图中明显看到本实施例的激光器结构中，增益腔体的H₄₃有效耦合到等离子激元中，第三隔离层503开口有激光出射。通过振荡谱得到激光品质因子达到154。

图8所示为本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例三的出射激光为波长472nm的F05模的距离增益介质腔体其中一侧表面200nm处增益腔体YZ截面电场强度分布。

图中，出射激光为波长472nm的F₀₅模。由图中可以看出很大部分耦合后的等离子激元振荡能量集中在30nm的第一隔离层504中。

图9所示为本发明提供的一种等离子激元纳米激光器实施例三的出射激光为波长472nm的F05模的距离第一介质层上表面+Z方向15nm处XY水平截面电场强度分布。

图中，出射激光为波长472nm的F₀₅模。由图中可以看出本实施例的激光器结构中，第二介质层507包裹的增益介质腔体505出现了等离子激元的法布里至珀罗光学振荡反馈。其品质因子为134。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种等离子激元纳米激光器，包括一第一介质层、一第一隔离层、和一增益介质腔体，所述第一隔离层置于所述第一介质层的裸露表面上，所述增益介质腔体置于所述第一隔离层的裸露表面上，其特征在于，所述第一隔离层的厚度与所述增益介质腔体的纵向厚度的比值范围为小于0.5； 还包括基底层、一第二介质层、一第二隔离层和一第三隔离层； 

所述第一介质层置于所述基底层的裸露表面上； 

所述第二介质层包裹所述增益介质腔体的侧壁，且与所述第三隔离层的裸露表面接触； 

所述第二隔离层介于所述第二介质层与所述增益介质腔体的侧壁之间，且与所述第一介质层的裸露表面接触； 

所述第三隔离层介于所述第二介质层与所述第一介质层之间，且与所述第二隔离层的远离所述增益介质腔体的表面相接触。

2.根据权利要求1所述的等离子激元纳米激光器，其特征在于，所述第一隔离层和第三隔离层的材料是同一种，折射率与所述增益介质腔体的折射率的比值均小于0.75；所述第一隔离层和第三隔离层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围均为0.01至0.1。

3.根据权利要求1所述的等离子激元纳米激光器，其特征在于，所述第一介质层的材料为石墨烯材料或金属材料；所述金属材料为金、银、铝、铜、钛、镍、铬中任意一种或几种的合金。

4.根据权利要求1所述的等离子激元纳米激光器，其特征在于，所述第一介质层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围为0.1至0.5。

5.根据权利要求1所述的等离子激元纳米激光器，其特征在于，所述增益介质腔体的材料为有机材料或无机材料；所述有机材料为含有荧光分子有机聚合物、高分子有机发光材料的任意一种；所述无机材料为硫化镉、氧化锌、氮化镓、砷化镓、硒化镉中任意一种。

6.根据权利要求1所述的等离子激元纳米激光器，其特征在于，所述增益介质腔体的结构为通过元素掺杂形成的量子阱结构或超晶格结构；所述增益介质腔体的水平截面形状为正方形、三角形、圆形、六边形、五边形、椭圆、梯形中任意一种；所述增益介质腔体的纵向厚度与出射激光波长的比值范围为0.2至0.5，横向宽度与出射激光波长的比值范围为0.8至2。

7.根据权利要求1所述的等离子激元纳米激光器，其特征在于，所述第一隔离层、第二隔离层和第三隔离层的材料是同一种，折射率与所述增益介质腔体的折射率的比值小于0.75；所述第一隔离层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围为0.01至0.1，所述第二隔离层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围为0.05至0.5，所述第三隔离层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围为0.01至0.1。

8.根据权利要求1所述的等离子激元纳米激光器，其特征在于，所述第一介质层、第二介质层的材料为石墨烯材料或金属材料；所述金属材料为金、银、铝、铜、钛、镍、铬中任意一种或几种的合金；所述第一介质层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围为0.1至0.5，所述第二介质层的厚度与增益介质腔体中出射激光波长的比值范围为0.1至0.5。

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