CN103022896A - 一种微型复合结构激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型复合结构激光器，包括氧化硅微盘和半导体纳米线，所述氧化硅微盘的侧面设置有斜面，所述半导体纳米线设置在所述斜面上。本发明新型的微型复合结构激光器具有小型化、制备简单、稳定、高品质因子、低阈值等特性。
Description
技术领域
本发明属于微光学元件领域，涉及一种微型复合结构激光器。
背景技术
激光器是一种重要的光电子器件，在工业、军事、通讯、医学、科学研究等诸多领域均具有重要应用。近年来微纳光子学的发展，使微型化激光器具有广泛的应用前景。随着制备工艺的改进，半导体纳米线已经被制备出来并被证明是一种十分优秀的光电子学材料，具有单晶、缺陷少、增益系数高、材料范围广等优点。但是将半导体纳米线本身作为F-P谐振腔使用的话由于反射率低，衍射损失大造成谐振腔的品质因子不高。一种基于半导体纳米线实现微型激光器的尝试是利用半导体纳米线和其他谐振腔组合成复合结构。目前国际上已经实现的微型复合结构激光器主要包括：半导体纳米线和跑马场型集成波导、半导体纳米线和光子晶体谐振腔组成复合结构等等，但这些结构品质因子一般而且加工工艺复杂，也不利于光学集成。
因此，需要一种新的微型复合结构激光器以解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术的微型复合结构激光器的缺陷，提供一种简单、稳定、高品质因子、低阈值的微型复合结构激光器。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的微型复合结构激光器采用如下技术方案：
一种微型复合结构激光器，包括氧化硅微盘和半导体纳米线，所述氧化硅微盘的侧面设置有斜面，所述半导体纳米线设置在所述斜面上。
优选的，所述氧化硅微盘为圆盘形。
优选的，所述半导体纳米线为硒化镉纳米线。
优选的，所述氧化硅微盘直径为20~100μm。
优选的，所述氧化硅微盘厚度为0.2~2μm。
优选的，所述半导体纳米线长度为5~20μm。
优选的，所述半导体纳米线直径为200~500nm。
有益效果：本发明新型的微型复合结构激光器具有小型化、制备简单、稳定、高品质因子、低阈值等特性。
附图说明
图1是本发明的微型复合结构激光器的立体图；
图2是本发明的微型复合结构激光器的俯视图；
图3是本发明的微型复合结构激光器的在泵浦光功率密度为385μJ/cm2时的输出光谱；
图4是本发明的微型复合结构激光器的在泵浦光功率密度为125μJ/cm2时的输出光谱；
图5是本发明的微型复合结构激光器的在泵浦光功率密度为110μJ/cm2时的输出光谱；
图6是本发明的微型复合结构激光器的在泵浦光功率密度为85μJ/cm2时的输出光谱；
图7是本发明的微型复合结构激光器的典型阈值图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
请参阅图1和图2所示，本发明的微型复合结构激光器以光刻掩模、干法腐蚀和湿法腐蚀手段的组合在生长有氧化硅薄膜的硅片上制备出氧化硅微盘1谐振腔，其中，氧化硅微盘1的侧面设置有斜面11。以物理/化学气象沉淀法或其他方式生长的半导体纳米线2通过拉锥光纤尖在显微镜下微操作的方式放置于氧化硅微盘1侧壁斜面作为增益介质。增益介质和谐振腔之间通过倏逝场耦合。其中，氧化硅微盘1为圆盘形，氧化硅微盘1的直径为20~100μm，氧化硅微盘1厚度为0.2~2μm。硒化镉半导体纳米线长度为5~20μm。硒化镉半导体纳米线直径为200~500nm。氧化硅微盘1为回音壁型微盘。
实施例1
本发明的微型复合结构激光器的制备过程如下：
(1)、以光刻掩模、干法腐蚀和湿法腐蚀手段的组合在生长有氧化硅薄膜的硅片上制备出回音壁型氧化硅微盘1，氧化硅微盘1即为谐振腔，其中，氧化硅微盘1的侧面设置有斜面11。通过掩膜过程控制和氧化硅薄膜不同厚度的选择可以得到不同直径和厚度的氧化硅微盘1谐振腔。氧化硅微盘1直径为20~100μm，氧化硅微盘1厚度为0.2~2μm。其中，氧化硅微盘1由腐蚀形成的硅柱3支撑；
(2)、半导体纳米线2是利用物理气相沉淀法在管式高温炉中生长，所得到的纳米线长度为5~20μm，直径为200~500nm，其中，半导体纳米线2的材料为硒化镉(CdSe)半导体纳米线；
(3)、在显微镜下利用光纤拉锥制成的探针将实现选好的尺寸合适的半导体纳米线2挑起并放置于氧化硅微盘1侧壁的斜面11上，即完成复合结构微型激光器的装配。
(4)、使用高倍物镜将泵浦激光(波长532nm，脉冲宽度10ns，重复频率2KHz)汇聚后照射在半导体纳米线2上，其受激发光将有一部分耦合到微盘腔中并谐振放大，此过程最终形成激光。
请参阅图3、图4、图5和图6所示，图3、图4、图5和图6是本发明的微型复合结构激光器的典型光谱。各图左上角数字为泵浦光功率密度。可以看到，当泵浦能量较低时(85μJ/cm2)，输出光谱为较宽的增益光谱较宽约70纳米左右。当泵浦光功率逐渐增加以至超过激光阈值时，可以得到单模的激光输出(110μJ/cm2)，峰值中心波长约为712纳米(但此值依不同样品个体会有很小的变动)。当泵浦光功率继续增加后(125μJ/cm2和385μJ/cm2)，可以得到多模的激光输出。其自由光谱范围(FSR)与回音壁谐振腔的理论预测值符合得非常好。其激光谱线线宽最低可以达到0.08纳米。
请参阅图7所示，图7是本发明的微型复合结构激光器的典型阈值图。当泵浦光功率超过100μJ/cm2时，输出光强度有着十分强烈的的增长，意味着激光器的阈值即为100μJ/cm2，这是一个十分低的值，这正是由于高品质因子的的氧化硅微盘谐振腔和高增益的半导体纳米线所带来的优点。
本发明新型的微型复合结构激光器具有小型化、制备简单、稳定、高品质因子、低阈值等特性。
Claims (7)
1.一种微型复合结构激光器，其特征在于，包括氧化硅微盘(1)和半导体纳米线(2)，所述氧化硅微盘(1)的侧面设置有斜面(11)，所述半导体纳米线(2)设置在所述斜面(11)上。
2.如权利要求1所述的微型复合结构激光器，其特征在于，所述半导体纳米线(2)为硒化镉纳米线。
3.如权利要求1所述的微型复合结构激光器，其特征在于，所述氧化硅微盘(1)直径为20~100μm。
4.如权利要求1所述的微型复合结构激光器，其特征在于，所述氧化硅微盘(1)厚度为0.2~2μm。
5.如权利要求1所述的微型复合结构激光器，其特征在于，所述半导体纳米线(2)长度为5~20μm。
6.如权利要求1所述的微型复合结构激光器，其特征在于，所述半导体纳米线(2)直径为200~500nm。
7.如权利要求1所述的微型复合结构激光器，其特征在于，所述氧化硅微盘(1)为圆盘形。
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