專利名稱：半導體納米線和微光纖復合結(jié)構(gòu)微激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體、微光學元件、系統(tǒng)，尤其涉及一種基于半導體納米線 和微光纖環(huán)形結(jié)形成的復合結(jié)構(gòu)微激光器。
背景技術(shù)：
基于ZnO、 CdS、 GaN等半導體納米線的激光器近年來引起了研究者的廣 泛關(guān)注。目前用來實現(xiàn)激光器的激光振蕩的諧振腔主要有F-P腔、贗環(huán)形腔等。 在這些研究中，半導體納米線不僅作為增益介質(zhì)，而且是激光諧振腔的主體。 由于納米線的直徑較小和襯底的存在，在納米線結(jié)構(gòu)外面的倏逝波會從納米線 的邊緣擴散出去或擴散到襯底中，從而引起較強的損耗，限制諧振腔的品質(zhì)因 子，增加激光器的閾值。對于半導體納米線激光器，研究中還有一個難題就是 難以獲得高效的光輸入輸出耦合，這也是限制其獲得更廣泛應用的一個方面。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種半導體納米線和微光纖 復合結(jié)構(gòu)微激光器，本發(fā)明利用微米直徑光纖獲得環(huán)形結(jié)諧振腔，將半導體納 米線貼在環(huán)形結(jié)上作為增益介質(zhì)，通過光泵譜獲得激光。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是 一種半導體納米線和微光纖復 合結(jié)構(gòu)微激光器，它主要由兩根光纖和1 5根半導體納米線制成；第一根光纖 的一端拉細成直徑為1.5 4nm的微光纖，在顯微鏡下打成直徑為500 100(^m 的環(huán)形結(jié)；半導體納米線貼在該環(huán)形結(jié)上，第二根光纖拉制成拉錐光纖，拉錐 光纖的錐形端與微光纖耦合。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的半導體納米線和微光纖復合結(jié)構(gòu)微激光器 具有低的閾值和窄的線寬，易于控制和調(diào)節(jié)，光信號易于輸入輸出，可以通過 改變半導體材料的種類調(diào)節(jié)激光的波長，通過優(yōu)化復合結(jié)構(gòu)中納米線直徑、微 光纖直徑、耦合區(qū)狀態(tài)等來降低閾值。
圖1中，(a)為本發(fā)明微激光器貼一根半導體納米線的掃描電鏡照片，(b) 為本發(fā)明微激光器貼三根半導體納米線的掃描電鏡照片，(c)是本發(fā)明微激光
器的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2中，(a)是由一根ZnO納米線和氧化硅微光纖形成的復合結(jié)構(gòu)微激光 器在不同強度脈沖光泵譜下的輸出光譜圖，(b)泵譜光功率為0.212^J/單脈沖時 輸出信號光的高分辨光譜，(c)泵譜光功率為0.840)iJ/單脈沖時輸出信號光的高 分辨光譜。
圖3是由一根ZnO納米線和氧化硅微光纖形成的復合結(jié)構(gòu)微激光器的輸出 光強度隨泵譜光強度的變化曲線；
圖4中，(a)是由三根ZnO納米線和微光纖形成的復合結(jié)構(gòu)微激光器的輸 出光強度隨泵譜光強度的變化曲線，(b)是典型激光光譜圖。
圖5中，(a)是由多根CdS納米線和微光纖形成的復合結(jié)構(gòu)微激光器的貼 線區(qū)的掃描電鏡照片，(b)是該復合結(jié)構(gòu)微激光器輸出光強度隨泵譜光強度的 變化曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明的半導體納米線和微光纖復合結(jié)構(gòu)微激光器主要由兩根光纖和1 5 根半導體納米線制成，第一根光纖的一端拉細成直徑為1.5 4拜的微光纖，在 顯微鏡下打成直徑為500 1000|im的環(huán)形結(jié)，半導體納米線貼在該環(huán)形結(jié)上， 第二根光纖拉制成拉錐光纖，錐形端與微光纖耦合。
所述光纖的材料可以是普通單模光纖或純石英多模光纖。所述半導體納米 線直徑小于l |im,其材料可以是ZnO、 GaN、 CdS、 GaSb、 CdSe、 ZnS等半導體。
光信號從第一根光纖輸入，微光纖外的倏逝波激發(fā)半導體納米線發(fā)出熒光， 當熒光在環(huán)形結(jié)內(nèi)形成共振并且輸入光的功率大于閾值時，微激光器發(fā)出激光， 通過半導體納米線和微光纖之間的倏逝波耦合，可以將熒光或激光重新耦合進 微光纖，第二根拉錐光纖輸出光信號。
下面根據(jù)附圖和實施例詳細說明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加 明顯。實施例1
如圖1所示，使用純石英多模光纖，高溫拉伸法制備出直徑約為1.8pm微 光纖，在光學顯微鏡下將光纖打成環(huán)形結(jié)，環(huán)形結(jié)直徑78(Him，輸入波長355nm 脈寬6ns的脈沖光激發(fā)，將一根直徑350nm長25|im的ZnO納米線貼在環(huán)形結(jié) 上，然后用另外一根拉錐光纖耦合輸出信號光。如圖2所示，它的線寬0.04nm， 計算得Q值約104。自由光譜范圍0.04nm，計算得到環(huán)直徑約780pm，和測量 得到的環(huán)直徑是一致的，兩者之間的稍微差別有可能是ZnO納米線的影響引起 的，因為計算過程中未考慮貼在微光纖上的納米線對微光纖的折射率的影響。 激光器輸出光的強度隨泵譜光強度的變化曲線如圖3所示，該激光器的閾值為 0.13nJ/每脈沖。在閾值附近有很明顯的斜率變化，閾值以上輸出光強度隨泵譜 光強度變化呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系。其材料可以是ZnO、 GaN、 CdS、 GaSb、 CdSe、 ZnS等半導體。
實施例2
使用純石英多模光纖，高溫拉伸法制備出直徑約為3.5pm微光纖，在光學 顯微鏡下將光纖打成環(huán)形結(jié)，環(huán)形結(jié)直徑728,,輸入波長355nm脈寬6ns的 脈沖光激發(fā)，將三根直徑分別為500nm， 480nm和600nm的ZnO納米線貼在環(huán) 形結(jié)上，然后用另外一根拉錐光纖耦合輸出信號光。圖4 (a)顯示的是激光器 輸出光強度隨泵譜光強度的變化曲線，該激光器的閾值為0.026^J/每脈沖。在閾 值附近有很明顯的斜率變化，閾值以上輸出強度隨泵譜光強變化呈現(xiàn)很好的線 性關(guān)系。圖4 (b)為該激光器的激光光譜。其材料可以是ZnO、 GaN、 CdS、 GaSb、 CdSe、 ZnS等半導體。
實施例3
使用普通單模光纖，高溫拉伸法制備出直徑約為2.7|im微光纖，在光學顯 微鏡下將光纖打成環(huán)形結(jié)，環(huán)形結(jié)直徑860(jm，輸入波長450nm脈寬0.5ns的 脈沖光激發(fā)，將直徑從220nm到340nm之間的多根CdS納米線貼在環(huán)形結(jié)上， 然后用另外一根拉錐光纖耦合輸出信號光，在光譜儀上進行檢測。圖5 (a)顯 示的是貼線區(qū)的掃描電鏡照片。圖5 (b)顯示的是激光器輸出光強度隨泵譜光 強度的變化曲線，該激光器的閾值為0.026W海脈沖。在閾值附近有很明顯的斜 率變化，閾值以上輸出光強度隨泵譜光強變化呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系。其材料可 以是ZnO、 GaN、 CdS、 GaSb、 CdSe、 ZnS等半導體。
上述實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā) 明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種半導體納米線和微光纖復合結(jié)構(gòu)微激光器，其特征在于，它主要由兩根光纖和1～5根半導體納米線制成。第一根光纖的一端拉細成直徑為1.5～4μm的微光纖，在顯微鏡下打成直徑為500～1000μm的環(huán)形結(jié)。半導體納米線貼在該環(huán)形結(jié)上。第二根光纖拉制成拉錐光纖，拉錐光纖的錐形端與微光纖耦合。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述半導體納米線和微光纖復合結(jié)構(gòu)微激光器，其特征在 于，所述光纖可以是普通單模光纖或純石英多模光纖。 "
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述半導體納米線和微光纖復合結(jié)構(gòu)微激光器，其特征在 于，所述半導體納米線直徑'小于1 |im。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述半導體納米線和微光纖復合結(jié)構(gòu)微激光器，其特征在 于，所述半導體納米線的材料可以是ZnO、 GaN、 CdS、 GaSb、 CdSe、 ZnS 等半導體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導體納米線和微光纖復合結(jié)構(gòu)微激光器。將光纖拉細到微米量級，在顯微鏡下操縱微光纖形成環(huán)形結(jié)，然后將半導體納米線貼在環(huán)形結(jié)上形成復合結(jié)構(gòu)。利用微光纖外部的倏逝波激發(fā)半導體納米線熒光，當熒光在環(huán)形結(jié)內(nèi)形成諧振并且泵譜光強度超過閾值時就會有激光產(chǎn)生。泵譜光從形成環(huán)形結(jié)的拉錐光纖未拉細的一端輸入，經(jīng)過環(huán)形結(jié)后，利用倏逝波耦合的方式通過另外一根拉錐光纖輸出。本發(fā)明的激光器結(jié)合了半導體納米線增益高和氧化硅微納光纖損耗低的優(yōu)點，同時由于信號的輸入輸出是利用普通光纖拉錐形成的微光纖進行的，因此容易獲得高的而且穩(wěn)定的輸入輸出耦合。
文檔編號H01S3/06GK101453096SQ20081016418
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者姜校順, 青 楊, 童利民 申請人:浙江大學