一种基于纳米颗粒光热转换效应的激光器热调谐结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于纳米颗粒光热转换效应的激光器热调谐结构。将光热转换器置于可调谐半导体激光器的调谐波导顶部，将泵浦光照射并聚焦到光热转换器上，通过光热转换器将泵浦光的光能转换为热能，有针对地局部加热调谐波导，改变调谐波导的局部温度，从而改变调谐波导的折射率，实现可调谐半导体激光器的波长调谐。本实用新型专利技术利用光热转换效应实现片上加热，以简单的结构实现大范围波长调谐以及高的调谐效率；同时片上光热转换器和可调谐半导体激光器可分别独立设计，在不影响可调谐半导体激光器性能的基础上，增大可调谐半导体的设计自由度。

A thermal tuning structure of laser based on photothermal conversion effect of nanoparticles

The utility model discloses a laser thermal tuning structure based on the photothermal conversion effect of nanoparticles. Pumping light is illuminated and focused on the photothermal converter. The photothermal converter converts the light energy of the pumped light into heat energy. The local temperature of the harmonic conductor is changed and the refractive index of the harmonic conductor is changed. The wavelength tuning of tunable semiconductor lasers is realized. The utility model utilizes the photothermal conversion effect to realize on-chip heating, realizes wide-range wavelength tuning with a simple structure and high tuning efficiency, and the on-chip photothermal converter and the tunable semiconductor laser can be designed independently to increase the tunable semiconductor without affecting the performance of the tunable semiconductor laser. The degree of freedom of design.

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米颗粒光热转换效应的激光器热调谐结构
本技术涉及了一种半导体激光器调谐结构，尤其涉及了一种基于纳米颗粒光热转换效应的激光器热调谐结构。
技术介绍
半导体激光器热调谐方式，目前常用的有电流注入调谐和片上加热器调谐两种。其中，片上加热调谐技术是指在波导上方或者侧面放置一个独立的加热器件，有针对地对局部加热，以达到波长调谐的效果。片上加热的方式在2000年后，被应用于双模式运转的DFB激光器、DFB阵列、基于外腔环结构的激光器等结构。利用这种方案可以有效避免电注入带来的线宽展宽，从而实现高调谐效率，高直调消光比和大的出光功率。但目前，用于片上加热的器件多为电阻。而利用电阻进行热调谐的方式，需要重新设计激光器结构，同时因为电阻的加入，需增加制作步骤。这将在一定程度上降低半导体激光器的成品率，且增加激光器成本。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术的目的在于提供了一种基于纳米颗粒光热转换效应的激光器热调谐结构。不同于电流注入调谐或者片上电阻焦耳热调谐，本技术利用光热转换效应，通过简单工艺即可实现性能良好的局部热效应，从而实现激光器的高速波长调谐。且由于片上加热形式不改变激光器内部载流子浓度的变化，对于激光器快速调制和信噪比的提升也有较大的益处。本技术采用的技术方案是：本技术包括泵浦光、光热转换器和可调谐半导体激光器，可调谐半导体激光器上表面设有调谐波导，光热转换器置于可调谐半导体激光器的调谐波导顶部，泵浦光位于光热转换器上方，泵浦光经聚焦透镜照射并聚焦到光热转换器上。泵浦光照射到光热转换器上后通过光热转换器将泵浦光的光能转换为热能，有针对地局部加热调谐波导，改变调谐波导的局部温度，从而改变调谐波导的折射率，实现可调谐半导体激光器的波长调谐。所述的光热转换器局部覆盖于或者完整覆盖于调谐波导表面。所述光热转换器为吸收峰在泵浦光所在波段的纳米颗粒。所述的纳米颗粒为金纳米棒或者金纳米球。所述可调谐半导体激光器为热调谐半导体激光器，出射波长随波导温度的变化而改变。所述光热转换器具有光热效应，且工作波长为泵浦光的出射波长。所述泵浦光通过聚焦透镜聚焦在光热转换器顶部。现有技术中利用光热手段作为激光器热调谐的手段还未提出，本技术这种方式将金纳米颗粒优秀的光热转换性能应用于激光器片上热调谐，可以满足激光器热调谐的要求，金纳米颗粒的光热转换效率高，其转换速度快。同时制作工艺简单，只需要在激光器制作完成之后，将纳米颗粒涂覆在调谐波导顶部即可。本技术与
技术介绍
相比，具有的有益效果是：本技术利用光热效应代替电阻焦耳热效应实现片上加热，可在不增加可调谐半导体激光器制作步骤的情况下实现波长调谐，调谐效率高。同时，本技术的片上光热转换器和可调谐半导体激光器的结构分别独立设计，增大可调谐半导体的设计自由度，却不影响可调谐半导体激光器性能，比如：激光器的线宽特性、出射功率均衡性、噪声特性以及工作寿命等。附图说明图1是本技术热调谐结构实施时的布置结构示意图。图2是本技术实施例1的结构示意图。图3是实施例1中光热转换器的光吸收谱线图。图4是本技术实施例2的结构示意图。图5是实施例2中光热转换器的光吸收谱线图。图6是基于基于实施例1和实施例2的泵浦光功率与波长调谐关系示意图。图中：1、可调谐半导体激光器，2、光热转换器，3、泵浦光，11、调谐波导，21、纳米颗粒，211、金纳米棒，212、金纳米球，31、聚焦透镜。具体实施方式下面根据附图和实施例，详细说明本技术。诚然，所描述的实施例仅为本技术的一部分实施例，而不是全部实施例。本技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图1所示，本技术具体实施中包括可调谐半导体激光器1、光热转换器2和泵浦光3，可调谐半导体激光器1上有调谐波导11，调谐波导11上设有光热转换器2，光热转换器2局部覆盖于或者完整覆盖于调谐波导11表面，调谐波导11正上方布置有泵浦光3，泵浦光3和光热转换器2之间设有聚焦透镜31。泵浦光3向下发出光束，光束经聚焦透镜31照射聚焦到光热转换器2上。可调谐半导体激光器1为热调谐半导体激光器，出射波长随波导温度的变化而改变。光热转换器2具有光热效应，且工作波长为泵浦光3的出射波长。光热转换器2为纳米颗粒21，因纳米颗粒21的吸收峰在泵浦光输出光处，故在不同输出功率的泵浦光3输出光照射下，纳米颗粒21由光热转换效应产生不同热量，局部改变调谐波导11温度，从而改变调谐波导的折射率，进而影响可调谐半导体激光器输出光的频率。本技术的实施例如下：实施例1如图2所示，本实施例中，光热转换器2所使用的纳米颗粒21为金纳米棒211。本实施例使用输出光波长为808nm的泵浦光3，相应地，所用金纳米棒211的工作波长应包含808nm波段且有良好的响应。具体应用时，将含金纳米棒211的溶剂涂覆在半导体可调谐激光器1的调谐波导11表面并等待一段时间，待含金纳米棒211的溶剂挥发后，可利用如图2所示的设备进行波长调谐应用。本实施例利用纳米金颗粒的局域表面等离子共振效应，当金纳米棒受到波长为808nm冯激光的照射时，光子的频率与价电子集体振荡频率一致发生共振耦合现象，这种频率的光子就会被大量吸收，并以热能和其他形式放出能量，达到高效光热效果。光热效应进而影响调谐波导1的折射率，从而达到可调谐半导体激光器11的波长调谐效果。图3是实施例1中光热转换器的光吸收谱线，图中可见金纳米棒211的最大吸收峰在808nm左右，与所用泵浦光3输出光波长匹配。实施例2如图4所示，本技术与实施例1的差别在于本实施例所采用的纳米颗粒为金纳米球212，而金纳米球212的最大吸收峰在530nm左右。因此本实施例中泵浦光3输出波长在530nm，以便保证可调谐半导体激光器1的良好热调谐效率。具体应用时，将含金纳米球212的溶剂涂覆在半导体可调谐激光器1的调谐波导11表面并等待一段时间，待含金纳米球212的溶剂挥发后，可利用如图4所示的设备进行波长调谐应用。本实施例利用纳米金颗粒的局域表面等离子共振效应，当金纳米球受到波长为530nm冯激光的照射时，光子的频率与价电子集体振荡频率一致发生共振耦合现象，这种频率的光子就会被大量吸收，并以热能和其他形式放出能量，达到高效光热效果。光热效应进而影响调谐波导11的折射率，从而达到可调谐半导体激光器1的波长调谐效果。图5是实施例2中光热转换器的光吸收谱线，图中可见金纳米球212的最大吸收峰约为522nm。图6基于基于实施例1和实施例2的泵浦光功率与波长调谐关系示意图。其中，横坐标为相对泵浦光功率，为可调谐半导体激光器1光热调谐时波长移动1nm时的泵浦光功率的变化量。该图为理想状态下的光热调谐效果。从图中可以看出，相同泵浦光3功率时，金纳米棒211的波长漂移程度大于金纳米球212。即以金纳米球212作为光热转换器2时的波长调谐能力大于以金纳米球212作为光热转换器2时的波长调谐能力。因为金纳米球212最大吸收峰处的吸收率小于金纳米球212最大吸收峰处的吸收率。即金纳米球212对于泵浦光3的吸收稍弱。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于纳米颗粒光热转换效应的激光器热调谐结构，其特征在于：包括泵浦光(3)、光热转换器(2)和可调谐半导体激光器(1)，可调谐半导体激光器(1)上表面设有调谐波导(11)，光热转换器(2)置于可调谐半导体激光器(1)的调谐波导(11)顶部，泵浦光(3)位于光热转换器(2)上方，泵浦光(3)经聚焦透镜(31)照射并聚焦到光热转换器(2)上。

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米颗粒光热转换效应的激光器热调谐结构，其特征在于：包括泵浦光(3)、光热转换器(2)和可调谐半导体激光器(1)，可调谐半导体激光器(1)上表面设有调谐波导(11)，光热转换器(2)置于可调谐半导体激光器(1)的调谐波导(11)顶部，泵浦光(3)位于光热转换器(2)上方，泵浦光(3)经聚焦透镜(31)照射并聚焦到光热转换器(2)上。2.根据权利要求1所述的一种基于纳米颗粒光热转换效应的激光器热调谐结构，其特征在于：所述的光热转换器(2)局部覆盖于或者完整覆盖于调谐波导(11)表面。3.根据权利要求1所述的一种基于纳米颗粒光热转换效应的激光器热调谐结构，其特征在于：所述光热转换器(2)为吸收峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐龙华，赵慧，江涛，刘旭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33