CN102412503A - 利用两根半导体纳米线耦合的单纵模激光器及制备方法 - Google Patents

利用两根半导体纳米线耦合的单纵模激光器及制备方法 Download PDF

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童利民
肖尧
伍晓芹
孟超
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Abstract

本发明公开了一种利用两根半导体纳米线耦合的单纵模激光器及制备方法，通过对多根半导体纳米线进行微纳操作，形成X形的多个耦合腔结构；在结构内形成多个法布里珀罗谐振腔，通过复合腔体的游标效应实现模式选择，实现单纵模半导体纳米线激光器。本发明具有小型化、低功耗、结构简单、性能稳定、易于调节、制备简便、易于集成等特点。目前已获得波长734.3nm，半高宽0.11nm的单模激光输出。

Description

利用两根半导体纳米线耦合的单纵模激光器及制备方法
技术领域
本发明涉及微光学元件、***、光通讯和光子集成电路等技术领域，尤其涉及一种用多根半导体线耦合而成的单纵模激光器及制备方法。
背景技术
用多根半导体线耦合而成的单纵模激光器是一种新型激光器，在科研、工业、环境等方面有广泛的应用，具有广阔的应用潜力和发展前景。随着半导体纳米线制备工艺的改进，高品质的半导体纳米线已经可以制备出来，并已被用于制作微纳光子学器件。如单根纳米线光学谐振腔和单根纳米线多纵模激光器已经被证明。目前国际上已经实现的纳米线激光器主要有单根纳米线多纵模激光器、单根纳米线环形腔激光器、单根纳米线布拉格光栅式激光器。然而现有的这些半导体纳米线激光器通常只能在多纵模模式下运行，谐振腔腔结构较为固定，难以在激光器结构中引入有效的选模机制，而单纵模对于半导体纳米线激光器的实际应用却又是至关重要的。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用多根半导体纳米线耦合的单纵模激光器及制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种利用两根半导体纳米线耦合的单纵模激光器，它由长纳米线和短纳米线组成，短纳米线在靠近长纳米线第二端点处与长纳米线部分紧贴，形成X形结构的单纵模激光器；短纳米线第一端点和长纳米线第二端点之间以及短纳米线第一端点和短纳米线第二端点之间均形成FP（Fabry-Perot，法布里-珀罗）腔，且两个FP腔腔长匹配。
一种权利要求1所述单纵模激光器的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）首先通过化学气相沉积方法制备出直径50-1000 nm的高品质的半导体纳米线；
（2）在显微镜下利用两根光纤探针将生长基片上的直径为50-1000nm的纳米线切断一分为二：一根较长的长纳米线和一根较短的短纳米线，并将两根纳米线放置在低折射率衬底上。
（3）用光纤探针进行微纳操作，将短纳米线推向较长纳米线的一端，即长纳米线第二端点，使长纳米线和短纳米线部分紧贴，形成X形结构的单纵模激光器；短纳米线第一端点和长纳米线第二端点之间以及短纳米线第一端点和短纳米线第二端点之间均形成FP（Fabry-Perot，法布里-珀罗）腔，且两个FP腔腔长匹配，刚好可以实现单模激光的选择。
本发明具有的有益效果是：应用本发明的方法制备得到的多根半导体纳米线激光器具有：单纵模、小型化、结构简单、性能稳定、易于调节、制备简便、易于集成等特点。目前已获得波长734.3 nm，半高宽0.11nm的单模激光输出。
附图说明
图1 是本发明的结构原理示意图；
图2（a）是单根纳米线的激光光谱图，图2（b）是本发明的激光光谱图；
图中，长纳米线第一端点1、长纳米线第二端点2、短纳米线第一端点3、短纳米线第二端点4。
具体实施方式
当多根纳米线的耦合结构中存在多个谐振腔时，多个腔体可以通过游标效应实现选模。在外界激光的泵浦下，只有同时满足所有腔的谐振条件的模式才能在纳米线内谐振放大，从纳米线的端头出射。通过调节耦合区和环形反射镜的几何尺寸可以实现单模输出以及出射波长的调谐。
本发明利用多根半导体纳米线耦合的单纵模激光器的制备方法，包括如下步骤：
1、首先通过化学气相沉积方法制备出直径50-1000 nm的高品质的半导体纳米线。
2、在显微镜下利用两根光纤探针将生长基片上的直径为50-1000nm的纳米线切断一分为二：一根较长的长纳米线和一根较短的短纳米线，并将两根纳米线放置在低折射率衬底上。
3、用光纤探针进行微纳操作，将短纳米线推向较长纳米线的一端，即长纳米线第二端点2，使长纳米线和短纳米线部分紧贴，形成X形结构的单纵模激光器；短纳米线第一端点3和长纳米线第二端点2之间以及短纳米线第一端点3和短纳米线第二端点4之间均形成FP（Fabry-Perot，法布里-珀罗）腔，且两个FP腔腔长匹配，刚好可以实现单模激光的选择。
并且半导体纳米线自身作为增益介质，在光泵浦下通过游标效应选模实现单模的激光输出。
    下面根据附图和实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。
实施例
使用化学气相沉积法生长出直径420nm 的CdSe纳米线，在光学显微镜下用光纤探针将一根长为560 μm的纳米线转移到MgF2衬底上。再利用光纤探针对放置在MgF2衬底上的CdSe进行切割，形成两段：一段长470 nm，另一段长为89 nm。然后用光纤探针对纳米线进行微纳操作，将较短的纳米线推向较长的一端，使两根纳米线的部分紧贴，形成X形结构。紧贴区域的长度约为6 μm。在波长532 nm的脉冲光激发下，信号光由一物镜收集到光谱仪中。附图 1是本发明的结构原理示意图；图 2（b）是本发明的激光光谱，从图中可见，相对于图2（a）中没有做成X形结构的单根线激光器的激光光谱，做成X结构的激光器的谐振腔可以起到很好的选模作用，选模后获得了波长734.3 nm，脉宽为0.11 nm的激光主峰，边模抑制比为14.6。
    虽然该实施例中，纳米线的直径为420nm，长纳米线长度为470 nm，短纳米线长度为89 nm；但是，实验证明，对于任意直径在50-1000nm的纳米线，且两个FP腔腔长匹配，就可以实现本发明的目的，具有前述的效果。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用两根半导体纳米线耦合的单纵模激光器，其特征在于，它由长纳米线和短纳米线组成，短纳米线在靠近长纳米线第二端点（2）处与长纳米线部分紧贴，形成X形结构的单纵模激光器；短纳米线第一端点（3）和长纳米线第二端点（2）之间以及短纳米线第一端点（3）和短纳米线第二端点（4）之间均形成FP（Fabry-Perot，法布里-珀罗）腔，且两个FP腔腔长匹配。
2.一种权利要求1所述单纵模激光器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）首先通过化学气相沉积方法制备出直径50-1000 nm的高品质的半导体纳米线；
（2）在显微镜下利用两根光纤探针将生长基片上的直径为50-1000nm的纳米线切断一分为二：一根较长的长纳米线和一根较短的短纳米线，并将两根纳米线放置在低折射率衬底上；
（3）用光纤探针进行微纳操作，将短纳米线推向较长纳米线的一端，即长纳米线第二端点（2），使长纳米线和短纳米线部分紧贴，形成X形结构的单纵模激光器；短纳米线第一端点（3）和长纳米线第二端点（2）之间以及短纳米线第一端点（3）和短纳米线第二端点（4）之间均形成FP（Fabry-Perot，法布里-珀罗）腔，且两个FP腔腔长匹配，刚好可以实现单模激光的选择。
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