内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器及其制备方法，该分布反馈激光器包括依次向上设置的石英基板、内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅周期光栅。本发明专利技术利用低毒的最低量子态2重简并的硫化银量子点替代最低量子态8重简并的铅盐量子点，以实现低阈值的近红外光增益，通过在硫化银量子点表面包覆锌元素含量从内到外逐渐增加的硫化银锌合金壳，来构建平缓的界面势垒和钝化硫化银量子点的表面，能够进一步降低光增益阈值。二氧化硅的光热稳定性远高于有机聚合物。用内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅薄膜制备周期光栅，最终能够获得低阈值、高稳定性和环境友好的分布反馈近红外量子点激光器。

Distributed Feedback Laser with Silver Sulfide/Silver Zinc Sulfide Core-Shell Quantum Dots and Its Preparation Method

The invention discloses a distributed feedback laser containing silver sulfide/silver zinc sulfide core-shell quantum dots and a preparation method thereof. The distributed feedback laser comprises a quartz substrate arranged upwards in turn and a silicon dioxide periodic grating containing silver sulfide/silver zinc sulfide core-shell quantum dots. The present invention uses the low toxic minimum quantum state 2-redundant silver sulfide quantum dots to replace the 8-redundant lead salt quantum dots in the lowest quantum state to achieve near-infrared light gain with low threshold. By coating the silver-zinc sulfide alloy shell with zinc content increasing gradually from inside to outside, the smooth interface barrier and passivated silver sulfide quantum dots can be constructed, and the surface of the silver sulfide quantum dots can be improved. One step to reduce the optical gain threshold. The photothermal stability of silica is much higher than that of organic polymers. Periodic gratings are fabricated by using SiO 2 thin films containing AgS/AgS-Zn core-shell quantum dots. Finally, low threshold, high stability and environmentally friendly distributed feedback near-infrared quantum dot lasers can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器及其制备方法
本专利技术涉及一种内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器及其制备方法，属于半导体光电子器件的

技术介绍
近红外激光器可广泛应用于光通信、遥感和相干等离子体产生等领域。受益于量子限域效应，半导体量子点作为光增益材料展现出了多种优越的性能，例如发射波长随尺寸可调、潜在的低激光阈值和温度不敏感的激光性能。目前，利用分子束外延法制备的近红外量子点激光器已经开始商业应用。相比于外延生长的量子点，胶体量子点具有更小的尺寸和更均一的尺寸分布，因而具有更强的量子限域效应和更窄的发射峰。最常见的近红外发射胶体量子点是铅盐(硫化铅、硒化铅和碲化铅)量子点。它们为岩盐型结构，在布里渊区的L点有4个等效的能带最小值。考虑2重自旋简并，铅盐量子点的最低量子态是8重简并的，平均每个量子点内的激子数要超过4才能实现粒子数反转。这使铅盐量子点的光增益阈值极高，很难实现光增益。目前，迫切需要寻找到一种新型的胶体量子点来实现低阈值的近红外光增益。近年来，低毒的最低量子态2重简并的硫化银量子点由于在第二近红外窗口具有优异的荧光性质而引起强烈的关注。目前关于硫化银量子点的研究大多聚焦在制备方法以及体内成像，其在激光领域的潜在应用尚未有报道。仅用硫化银量子点代替铅盐量子点还不能获得最理想的近红外光增益。在胶体量子点中俄歇复合非常高效，这使胶体量子点的光增益阈值高于外延生长的量子点，阻碍了胶体量子点激光器的发展。分布反馈激光器具有支持单模输出、制备便捷和集成度高等优点。目前，内含胶体量子点的分布反馈激光器大多是通过将内含量子点的有机聚合物薄膜加工成周期光栅制得的。有机聚合物的光热稳定性较差，这影响了激光器的稳定性和寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器及其制备方法，以获得低阈值、高稳定性和环境友好的分布反馈近红外量子点激光器。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器，包括依次向上设置的石英基板、内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅周期光栅。所述内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅周期光栅由二氧化硅周期光栅和嵌入该二氧化硅周期光栅中的硫化银/硫化银锌核壳量子点组成。所述硫化银/硫化银锌核壳量子点在二氧化硅周期光栅中均匀分布。所述硫化银/硫化银锌核壳量子点由硫化银量子点以及包覆在该硫化银量子点表面的硫化银锌合金壳组成。所述硫化银锌合金壳的锌元素含量从内到外逐渐增加。所述硫化银/硫化银锌核壳量子点作为光增益介质。一种内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器的制备方法，包括以下步骤：(1)利用高温热分解法制备硫化银量子点；(2)利用连续离子层吸附反应法，通过逐渐减小银离子前躯体的注入速度同时增加锌离子前躯体的注入速度，在硫化银量子点表面包覆锌元素含量从内到外逐渐增加的硫化银锌合金壳，获得硫化银/硫化银锌核壳量子点；(3)将步骤(2)得到的硫化银/硫化银锌核壳量子点分散于甲苯中，再将硫化银/硫化银锌核壳量子点的甲苯分散液与全氢聚硅氮烷混合，然后旋涂到石英基板上来获得内含量子点的二氧化硅膜；(4)利用反应离子刻蚀法将内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅膜刻蚀成内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅周期光栅。有益效果：硫化银量子点为单斜晶相，最低量子态只有2重自旋简并，能够实现低阈值的近红外光增益。研究表明核和壳材料间平缓的界面势垒能够使俄歇速率减小3个数量级以上,减少界面缺陷也能显著抑制俄歇复合。因此，若在硫化银量子点表面包覆锌元素含量从内到外逐渐增加的硫化银锌合金壳，来构建平缓的界面势垒和钝化硫化银量子点的表面，能够抑制俄歇复合进一步降低光增益阈值。二氧化硅的光热稳定性远高于有机聚合物。全氢聚硅氮烷是一种新型的涂层材料，在大气氛围中能够在室温下转化为无机二氧化硅。旋涂量子点与全氢聚硅氮烷的混合液能够获得高质量的内含量子点的二氧化硅薄膜，为制备高稳定性的分布反馈量子点激光器提供了条件。本专利技术利用低毒的最低量子态2重简并的硫化银量子点替代最低量子态8重简并的铅盐量子点，以实现低阈值的近红外光增益，通过在硫化银量子点表面包覆锌元素含量从内到外逐渐增加的硫化银锌合金壳，来构建平缓的界面势垒和钝化硫化银量子点的表面，能够进一步降低光增益阈值。二氧化硅的光热稳定性远高于有机聚合物。用内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅薄膜制备周期光栅，最终能够获得低阈值、高稳定性和环境友好的分布反馈近红外量子点激光器。附图说明图1是硫化银/硫化银锌核壳量子点的结构示意图；图2是内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器的结构示意图。图中：1-硫化银量子点，2-硫化银锌合金壳，3-石英基板，4-内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅周期光栅。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。如图2所示，本专利技术的内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器，包括依次向上设置的石英基板3、内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅周期光栅4。内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅周期光栅4由二氧化硅周期光栅和嵌入该二氧化硅周期光栅中的硫化银/硫化银锌核壳量子点组成。硫化银/硫化银锌核壳量子点在二氧化硅周期光栅中均匀分布。如图1所示，硫化银/硫化银锌核壳量子点由硫化银量子点1以及包覆在该硫化银量子点1表面的硫化银锌合金壳2组成。硫化银锌合金壳2的锌元素含量从内到外逐渐增加。硫化银/硫化银锌核壳量子点是光增益介质，低毒的最低量子态只有2重自旋简并的硫化银量子点1，能够实现低阈值的近红外光增益，通过在硫化银量子点1表面包覆锌元素含量从内到外逐渐增加的硫化银锌合金壳2，来构建平缓的界面势垒和钝化硫化银的表面，能够进一步降低光增益阈值。二氧化硅的光热稳定性远高于有机聚合物，将硫化银/硫化银锌核壳量子点嵌入二氧化硅中能够提高内含量子点的分布反馈激光器的稳定性和寿命。得益于内含量子点的二氧化硅周期光栅的布拉格散射，光场在内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅周期光栅4中振荡和放大。本专利技术的内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器的制备方法，包括以下步骤：(1)利用高温热分解法制备近红外发射的硫化银量子点；(2)利用连续离子层吸附反应法，通过在2小时的反应过程中将浓度为0.1毫摩尔/毫升的银离子前躯体的注入速度从5毫升/小时逐渐减小到0.5毫升/小时，同时将浓度为0.1毫摩尔/毫升的锌离子前躯体的注入速度从0.5毫升/小时逐渐增加到5毫升/小时，在2微摩尔的硫化银量子点表面包覆锌元素含量从内到外逐渐增加的硫化银锌合金壳，获得硫化银/硫化银锌核壳量子点；(3)按1：5的质量比将步骤(2)得到的硫化银/硫化银锌核壳量子点分散于甲苯中，再按1：1的质量比将硫化银/硫化银锌核壳量子点的甲苯分散液与全氢聚硅氮烷混合，然后旋涂到石英基板上来获得内含量子点的二氧化硅膜；(4)利用反应离子刻蚀法将内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅膜刻蚀成内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅周期光栅。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器，其特征在于：包括依次向上设置的石英基板(3)、内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅周期光栅(4)。

【技术特征摘要】
1.一种内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器，其特征在于：包括依次向上设置的石英基板(3)、内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅周期光栅(4)。2.根据权利要求1所述的内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器，其特征在于：所述内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的二氧化硅周期光栅(4)由二氧化硅周期光栅和嵌入该二氧化硅周期光栅中的硫化银/硫化银锌核壳量子点组成。3.根据权利要求2所述的内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器，其特征在于：所述硫化银/硫化银锌核壳量子点在二氧化硅周期光栅中均匀分布。4.根据权利要求2所述的内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器，其特征在于：所述硫化银/硫化银锌核壳量子点由硫化银量子点(1)以及包覆在该硫化银量子点(1)表面的硫化银锌合金壳(2)组成。5.根据权利要求4所述的内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的分布反馈激光器，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖晨，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32