專利名稱：多波長半導(dǎo)體納米線和微光纖復(fù)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(dǎo)體、微光學(xué)元件、系統(tǒng)，尤其涉及一種基于半導(dǎo)體納米線和微光纖
形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)微激光器。
背景技術(shù)：
基于Zn0、 CdS、 CdSe等半導(dǎo)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(shí)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(dǎo)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(huì)從納米線的邊緣擴(kuò)散出去或擴(kuò)散到襯底中，從而引起較強(qiáng)的損耗，限制諧振腔的品質(zhì)因子，增加激光器的閾值。對(duì)于半導(dǎo)體納米線激光器，研究中還有一個(gè)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(yīng)用的一個(gè)方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多波長半導(dǎo)體納米線和微光纖復(fù)合結(jié)構(gòu)微激光器。半導(dǎo)體高折射率的特點(diǎn)，它既是增益介質(zhì)又是諧振腔，將半導(dǎo)體納米線貼在微光纖上作為增益介質(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)方案是將光纖拉細(xì)到微米量級(jí)，在顯微鏡下將半導(dǎo)體納米線貼在微光纖，利用微光纖外的倏逝波激發(fā)半導(dǎo)體納米線的發(fā)光并將熒光或激光重新耦合進(jìn)微光纖。與普通光纖相連的一端為光信號(hào)輸入端，另外一端為輸出端。
進(jìn)一步地，所述的微光纖直徑均為l-5ym ;所述的拉制微光纖的材料可以是普通單模光纖或純石英多模光纖；所述的半導(dǎo)體納米線直徑小于1 P m ;所述的半導(dǎo)體納米線，其材料是Zn0、 CdS、 CdSe，也可以擴(kuò)展為GaN、 GaSb、 ZnS等半導(dǎo)體；所述的納米線的貼放順序?yàn)閺妮斎攵酥凛敵龆?，材料的能帶寬度?yīng)依次增加。 本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明的激光器具有低的閾值和多波長輸出，易于控制和調(diào)節(jié)，光信號(hào)易于輸入輸出，可以通過改變半導(dǎo)體材料的種類調(diào)節(jié)激光的波長，通過優(yōu)化復(fù)合結(jié)構(gòu)中納米線直徑、納米線長度、微光纖直徑等來降低閾值。由于半導(dǎo)體納米線的高折射率，納米線的端面可以認(rèn)為是反射鏡，納米線本身可認(rèn)為是法布里-波羅腔。利用微光纖外部的倏逝波激發(fā)半導(dǎo)體納米線熒光，當(dāng)熒光在腔內(nèi)形成諧振并且泵譜光強(qiáng)度超過閾值時(shí)就會(huì)有激光產(chǎn)生。泵譜光從拉錐光纖未拉細(xì)的一端輸入，激發(fā)納米線產(chǎn)生的激光利用倏逝波耦合的方式耦合回微光纖并從另外一端拉錐光纖輸出。本發(fā)明中的激光器結(jié)合了半導(dǎo)體納米線增益高和氧化硅微光纖損耗低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于信號(hào)的輸入輸出是利用普通光纖拉錐形成的微光纖進(jìn)行的，因此容易獲得高的而且穩(wěn)定的輸入輸出耦合。


圖1是本發(fā)明的CdSe，CdS，ZnO貼線區(qū)的掃描電鏡照片(a，b， c)，結(jié)構(gòu)原理示意圖(d)和用CCD取到的熒光照片(e)，此時(shí)使用的是Zn0納米線和氧化硅微光纖；
圖2是該多波長激光器在不同泵浦功率下依次出現(xiàn)三種顏色激光的光譜圖；
圖3為ZnO、 CdS、 CdSe的高分辨光譜圖(a)和對(duì)應(yīng)的輸出光強(qiáng)度隨泵譜光強(qiáng)度的 變化曲線(b); 圖4是由一根CdS納米線和氧化硅微光纖形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)微激光器在不同強(qiáng)度脈 沖光泵譜下的輸出光譜圖及對(duì)應(yīng)的用CCD拍到的熒光照片(a) ，CdS納米線的激光器在不同 泵譜光強(qiáng)下的輸出光譜(b)，高分辨光譜圖(c)。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。
使用純石英多模光纖，高溫拉伸法制備出直徑約為3. 3ym微光纖，保證中間為微 光纖，經(jīng)錐形光纖過渡后與普通光纖相連。從輸入端輸入波長355nm脈寬6ns的脈沖光激 發(fā)，將直徑977nm長153 y m的CdSe納米線，直徑370nm長66. 7 y m的CdS納米線，直徑 306nm長72. 6 y m的ZnO納米線貼在微光纖上，輸出端將耦合進(jìn)微光纖的光信號(hào)輸出。圖 1(d)是結(jié)構(gòu)原理示意圖，圖l(a，b，c)分別為該結(jié)構(gòu)的CdSe，CdS，ZnO貼線區(qū)的掃描電鏡照 片。隨著泵浦功率的增大，在輸出端依次探測(cè)到有單一、雙色、三色激光出現(xiàn)，如圖2所示。 圖3(a)為高分辨光譜圖，可以看出ZnO、CdS、CdSe所對(duì)應(yīng)激光的線寬依次為0. 7nm，0. 6nm， 0. 57nm，計(jì)算得Q值依次為558,865， 1303。激光器輸出光的強(qiáng)度隨泵譜光強(qiáng)度的變化曲線 如圖3(b)所示，ZnO、CdS、CdSe激光的閾值為1. 3 y J， 1. 1 y J， 0. 6 y J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(qiáng)度隨泵譜光強(qiáng)度變化呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系。
使用純石英多模光纖，高溫拉伸法制備出直徑約為3. 9 ii m微光纖，保證中間為微 光纖，經(jīng)錐形光纖過渡后與普通光纖相連。從輸入端輸入波長355nm脈寬6ns的脈沖光激 發(fā)，將直徑394nm長49 y m的CdS納米線貼在微光纖上，輸出端將耦合進(jìn)微光纖的光信號(hào)輸 出。圖4(a)所示為CdS納米線的激光器在不同泵譜光強(qiáng)下的輸出光譜，和對(duì)應(yīng)的CCD拍攝 到的熒光照片。激光器輸出光的強(qiáng)度隨泵譜光強(qiáng)度的變化曲線如圖4(b)所示，該激光器的 閾值為0. 45 ii J/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(qiáng)度隨泵譜光 強(qiáng)度變化呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系。圖4(c)為高分辨光譜圖，可以看出它的線寬小于O. 6nm，計(jì) 算得Q值約為863。
權(quán)利要求
一種基于半導(dǎo)體納米線和微光纖的復(fù)合結(jié)構(gòu)微激光器，其特征在于將光纖拉細(xì)到微米量級(jí)，且保持拉伸過程中不斷，其兩端與普通光纖相連接，將兩端固定然后將半導(dǎo)體納米線貼到微光纖上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于半導(dǎo)體納米線和微光纖的復(fù)合結(jié)構(gòu)微激光器，其特征在于所述的微光纖直徑約為1. 5-4y m，拉制微光纖的材料可以是純石英光纖或普通單模光纖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于半導(dǎo)體納米線和微光纖的復(fù)合結(jié)構(gòu)微激光器，其特 征在于所述的半導(dǎo)體納米線，其材料是Zn0、 CdS、 CdSe，也可以擴(kuò)展為GaN、 GaSb、 ZnS等半 導(dǎo)體納米線，直徑小于lym。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于半導(dǎo)體納米線和微光纖的復(fù)合結(jié)構(gòu)微激光器，其特 征在于所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)激光器，泵譜源是脈沖激光。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于半導(dǎo)體納米線和微光纖環(huán)形結(jié)的復(fù)合結(jié)構(gòu)微激光 器，其特征在于從輸入端至輸出端，材料的能帶寬度應(yīng)依次增加。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多波長半導(dǎo)體納米線和微光纖復(fù)合結(jié)構(gòu)微激光器，將光纖拉細(xì)到微米量級(jí)，且保持其兩端與普通光纖相連，在顯微鏡下將多根不同材料半導(dǎo)體納米線貼在環(huán)形結(jié)上形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中的激光器結(jié)合了半導(dǎo)體納米線增益高和氧化硅微光纖損耗低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于信號(hào)的輸入輸出是利用普通光纖拉錐形成的微光纖進(jìn)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(hào)H01S5/30GK101714742SQ20091015425
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者丁曄, 姜校順, 楊青, 童利民, 郭欣 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)