一种基于导模共振效应的染料激光器结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于导模共振效应的染料激光器结构，能实现近红外激光在透射方向上的输出增强。本发明专利技术结构由上下两层独立平行相对的导模共振光栅和有机染料构成，上下两层导模共振光栅均由表面光栅、薄膜波导层、低折射率薄膜曾以及玻璃基底构成，具有相同的结构参数，位于两个光栅结构之间的有机激光染料溶解于聚氨基甲酸酯溶剂。结构中不添加有机激光染料时，能实现透射式导模共振，共振波长与激光染料的泵浦光波长或发射光波长大小相等；添加有机激光染料后，泵浦光以一定角度入射该结构，当泵浦能量高于该激光器阈值工作能量，激光器垂直于玻璃基板面出射激光，在透射方向实现出射激光增强。现出射激光增强。现出射激光增强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于导模共振效应的染料激光器结构


[0001]本专利技术涉及一种基于导模共振效应的染料激光器结构，特别涉及一种能实现激光在透射方向输出的结构。

技术介绍

[0002]纳米激光器和等离子体激光器因其独特的性质，在集成光路领域有潜在应用，近年来引起越来越多研究者的关注。不同的纳米等离子体激光器结构相继被开发，如金属覆盖的圆柱、纳米环、镀银半导体纳米线、镀金微球等。等离子体激光器具有独特的表面等离子体，尤其是紧凑的亚波长结构、超快的动态响应等特点，然而这种器件在光频波段具有较大的金属损耗。
[0003]除了等离子激光器，近年来光子晶体激光器也备受关注。光子晶体激光器主要基于两种工作机理，其一是基于共振腔结构，激光的获得是通过共振腔模式实现的；其二是光子带边激光器，这种结构不含物理腔体结构，其激光的获得是基于光子禁带边缘的光子态密度增加。上述两种结构都能够有效光与增益介质的有效作用时间，能实现较长的光子反馈。光子晶体激光器在光学和生物检测方面有广阔应用前景，尤其是光子带边激光器，由于不需要物理腔体结构，可以在多种微结构上实现，显著扩展了纳米激光器的应用范围。然而，此类激光器的出射方向与光子禁带有关，激光出射方向多为反射，会增加光路复杂性，不利用探测器对信号的收集，设计新型结构实现投射方向的激光出射，对光子晶体激光器的使用和集成具有重要意义。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种基于导模共振效应的染料激光器结构，实现透射方向的激光出射。
[0005]技术方案：一种基于导模共振效应的染料激光器结构，包括具有相同结构参数的上下两层独立平行相对的导模共振光栅，以及位于导模共振光栅之间的激光染料，上下两个导模共振光栅构成透射式导模共振结构，透射光谱中的导模共振波长与激光染料的泵浦光波长或发射光波长大小相等。
[0006]进一步的，导模共振光栅由基底、折射率为1.1
‑
1.38的低折射率薄膜、波导层和光栅构成，上下两层导模共振光栅的光栅槽型方向一致。
[0007]进一步的，有机激光染料溶解于聚氨基甲酸酯溶剂，制备于两导模共振光栅之间。
[0008]进一步的，通过调整两导模共振光栅中光栅的相对位置来改变透射方向上的导模共振波长，使其与不同激光染料的泵浦光波长或发射光波长匹配。
[0009]进一步的，低折射率薄膜为厚度大于1微米的多孔硅层。
[0010]有益效果：利用透射式导模共振结构产生的共振效应，实现有机激光染料的出射激光在结构透射方向上的出射强度增强。改变上下两个光栅的相对位置，实现导模共振透射峰的偏移，使其与不同激光染料的泵浦光波长或发射光波长匹配，满足不同激光染料的
需求，实现不同激光波长在透射方向的输出增强。本结构依赖两个结构参数相同的导模共振光栅，制作简单，容易实现，其激光出射方向为透射，能简化光路，有利于系统小型化，有很强的可行性和实用性。
附图说明
[0011]图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的结构参数示意图；图3为实施例1不添加激光染料的透射式导模共振光谱，共振峰位于820 nm；图4为实施例1透射方向上的激光出射示意图；图5为实施例2不添加激光染料的透射式导模共振光谱，共振峰位于870 nm；图6为实施例2透射方向上的激光出射示意图；图7为通过两光栅相对移动，实现不同激光波长的输出谱线。
具体实施方式
[0012]下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。
[0013]如图1所示，一种基于导模共振效应的染料激光器结构，包括具有相同结构参数的上下两层独立平行相对的导模共振光栅，以及位于导模共振光栅之间的激光染料，上下两个导模共振光栅构成透射式导模共振结构，透射光谱中的导模共振波长与激光染料的泵浦光波长或发射光波长大小相等。泵浦光以一定角度入射该激光器，当泵浦能量高于该激光器阈值工作能量时，激光以特定角度透过玻璃基板面出射，在透射方向实现激光出射。
[0014]其中，上下两层导模共振光栅均由基底、折射率为1.1
‑
1.38的低折射率薄膜、波导层和光栅构成。在玻璃或石英基底上制作低折射率薄膜，并在低折射率薄膜之上制备均匀介质薄膜作为波导层，在波导层上制备光栅层形成导模共振光栅结构。波导层具有膜厚、折射率参数，光栅层具有周期、槽深、占空比等参数，上下两层导模共振光栅的波导层参数和光栅层参数相同，上下两层导模共振光栅的光栅槽型方向一致。
[0015]不添加激光染料时，能在透射光谱的特定波长处实现共振，其透射光谱中的共振波长与激光染料的泵浦光波长或发射光波长大小相等。有机激光染料溶解于聚氨基甲酸酯溶剂，制备于两导模共振光栅之间。泵浦光以一定角度入射，当泵浦能量高于该激光器阈值工作能量时，激光器垂直于玻璃基板面出射激光，透射方向上实现激光输出的增强。不改变结构参数的情况下，针对不同的激光染料，通过调整结构中两光栅的相对位置，实现导模共振波长的调整，使其与不同激光染料的泵浦光波长或发射光波长匹配，实现不同染料在透射方向的激光输出增强。
[0016]实施例1：选择大小相同的两片透明石英玻璃基片1，在基片上制备低折射率薄膜2，如多孔硅等，低折射率薄膜2的厚度大于1微米；此后，在低折射率薄膜2之上制备均匀波导层3和光栅4，均匀波导层3和光栅4的构成材料相同，均为折射率较高的氧化物，如氧化钛、氧化钽等，两个基片上制备的结构参数完全相同；最后将有机激光染料IR140溶解于聚氨基甲酸酯溶剂，通过旋涂法等制备于两光栅中间，形成本专利技术涉及的结构，如图1所示。
[0017]结构的参数如图2所示，透射导模共振峰将位于820nm：光栅材料和波导层材料的折射率均为n=2.4，光栅周期为Λ=535.5nm，光栅槽深为d1=260nm、光栅宽度p=160.65nm，波
导层厚度为d2=60nm。两个光栅的间隙厚度为d
g
=320nm，低折射率薄膜的折射率为n
L
=1.1，中间层折射率为n
t
=1.3，玻璃基底折射率为n
s
=1.46。不添加激光染料时，宽光谱入射到上述参数构成的结构上，会产生位于820nm的导模共振透射峰，如图3所示。从图3中可以看出，在波长820nm处有明显的透射峰，效率接近100%。此峰值与常用近红外激光染料IR140的泵浦光波长匹配。如将有机激光染料IR140溶解于聚氨基甲酸酯溶剂，制备与于两光栅中间，获得本专利技术涉及的一种基于导模共振光栅实现染料激光器透射方向激光输出的结构，此时泵浦光6入射到结构上以后，泵浦光功率增加时，在透射方向上获得的输出激光7的强度归一化谱线如图4所示。
[0018]实施例2：与实施例1的区别仅在于结构的参数不同，透射共振峰位于870nm：光栅材料和波导层材料的折射率均为n=2.4，周期Λ=614nm，光栅槽深为d1=260nm和光栅宽度p=184.2nm，波导层厚度为d2=60nm。两个光栅结构的间隙厚度为d
g
=320nm，低折本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于导模共振效应的染料激光器结构，其特征在于，包括具有相同结构参数的上下两层独立平行相对的导模共振光栅，以及位于导模共振光栅之间的激光染料，上下两个导模共振光栅构成透射式导模共振结构，透射光谱中的导模共振波长与激光染料的泵浦光波长或发射光波长大小相等。2.根据权利要求1所述的基于导模共振效应的染料激光器结构，其特征在于，导模共振光栅由基底、折射率为1.1
‑
1.38的低折射率薄膜、波导层和光栅构成，上下两层导模共振光栅的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王康妮，崔涛，许亚芳，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：