一种人工带隙结构光学谐振腔、其制备方法及一种激光器技术

本发明专利技术公开了一种人工带隙结构光学谐振腔、其制备方法及一种激光器，涉及激光器技术领域，解决了现有的拓扑人工带隙结构光学谐振腔物态调控存在制备成本高、工艺复杂的问题。光学谐振腔自上而下包括：包层结构、至少一个第一插层、结构板、至少一个第二插层、衬底，第一插层及第二插层的厚度为结构板厚度的1/20～1/4，第一插层及第二插层的材质为气体、绝缘体或半导体材料中的任一种。通过在人工带隙结构的顶部和底部增加插层，调控人工带隙结构朝向顶部和朝向底部的辐射，实现了整数拓扑荷的生成、演变(聚合)、分裂和湮灭，从而有效提升了对光学谐振腔的损耗和光学模式的控制能力，制备成本较低，工艺相对简单。工艺相对简单。工艺相对简单。

【技术实现步骤摘要】
一种人工带隙结构光学谐振腔、其制备方法及一种激光器


[0001]本专利技术涉及激光器
，特别涉及一种人工带隙结构光学谐振腔、其制备方法及一种激光器。

技术介绍

[0002]人工带隙结构谐振腔具有光子能带结构，其光子带隙效应、带边模式或平带模式等，具有控制面内自发辐射、增强光与物质相互作用以及广义控制面内光折射与反射等优点，广泛应用于光通信、医疗、能源和军事等领域，包括激光器、探测器、传感器、反射镜、光波导、滤波器、分光器、光开关、光时延器、太阳能电池和偏振控制器等多种器件。
[0003]传统人工带隙结构光学谐振腔要求大面积以应对面内边缘漏损问题，提高了制备成本。同时，不可避免的制备不完美引起的缺陷散射，导致品质因子低等缺点。近年来兴起的拓扑人工带隙结构，具有缺陷免疫特性，可以有效抑制散射引起的非辐射能耗。其中，连续域束缚态携带整数拓扑荷，具有在动量空间中灵活调控的优点：整数拓扑荷的聚合进一步提高对面外散射的抑制能力；拓扑荷的调控，可以实现单向辐射、本征手性辐射、平坦相移和光束移动等优点。但是，当前连续域束缚态相关的拓扑荷调控依赖面内的人工带隙结构几何参数或面外的几何对称性，这增加了光刻成本，同时要求复杂的工艺流程。
[0004]可见，现有的拓扑人工带隙结构光学谐振腔物态调控存在制备成本高、工艺复杂的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有的拓扑人工带隙结构光学谐振腔物态调控存在制备成本高、工艺复杂的问题，本专利技术通过在人工带隙结构的顶部和底部增加插层，调控人工带隙结构朝向顶部和朝向底部的辐射，实现整数拓扑荷的生成、演变(聚合)、分裂和湮灭，从而有效提升了对光学谐振腔均的损耗和光学模式的控制能力，制备成本较低，工艺相对简单，提供了一种损耗和光学模式灵活可调的人工带隙结构光学谐振腔。
[0006]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0007]一种人工带隙结构光学谐振腔，所述光学谐振腔自上而下包括：包层结构、至少一个第一插层、结构板、至少一个第二插层、衬底，所述第一插层及所述第二插层的厚度为所述结构板厚度的1/20～1/4，所述第一插层及所述第二插层的材质为气体、绝缘体或半导体材料中的任一种。
[0008]可选的，所述结构板由高折射率组分和低折射率组分构成，所述高折射率组分为气体、绝缘体和半导体材料中的任一种或多种，所述低折射率组分为气体、绝缘体和半导体材料中的任一种或多种。
[0009]可选的，所述半导体材料为III
‑
V族、II
‑
VI族或IV族中的任一种单质材料或者化合物材料、过渡金属硫族化合物材料或钙钛矿材料。
[0010]可选的，所述结构板上设有多个孔洞。
[0011]可选的，所述孔洞的图案为圆形、椭圆形、三角形、梯形、正方形或长方形中的一种或多种。
[0012]可选的，所述结构板的图案最大直径或边长为150～600nm。
[0013]可选的，所述结构板的晶格为正方形晶格、三角形晶格、矩形晶格、有心矩形晶格或平行四边形晶格中的一种或多种，晶格常数为300～1200nm。
[0014]可选的，所述结构板的厚度为250～700nm。
[0015]本专利技术还提供一种基于上述的人工带隙结构光学谐振腔的制备方法，包括以下步骤：在衬底上依次外延至少一个第二插层，结构板，至少一个第一插层，包层结构，得到人工带隙结构光学谐振腔。
[0016]本专利技术还提供基于上述的一种人工带隙结构光学谐振腔或由上述的方法所制备的一种人工带隙结构光学谐振腔的激光器。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0018]1.本专利技术所涉及的一种人工带隙结构光学谐振腔，通过在人工带隙结构光学谐振腔的顶部和底部均设置了至少一个插层，能够调控人工带隙结构朝向顶部和朝向底部的辐射，实现整数拓扑荷的生成、演变(合成)、分裂和湮灭等过程，从而有效提升了对光学谐振腔损耗和光学模式的控制能力，同时制备成本较低，工艺相对简单。
[0019]在人工带隙结构光学谐振腔的顶部和底部均设置至少一个插层，能够在单谐振能带上产生对称性保护连续域束缚态和准偶然连续域束缚态，另在耦合的相邻两能带的反交叉特征附近，产生准Friedrich
‑
Wintgen连续域束缚态，并通过插层微扰实现整数拓扑荷的产生、演变、合成和湮灭的全过程，其品质因子提升，面外散射有效减少。
[0020]进一步的，通过缓慢改变插层的折射率，发现准偶然连续域束缚态向对称性保护连续域束缚态靠近，即整数拓扑荷演变；发现准Friedrich
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Wintgen连续域束缚态向对称性保护连续域束缚态靠近，即整数拓扑荷演变；发现准偶然连续域束缚态与准Friedrich
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Wintgen连续域束缚态相互靠近在某一折射率，整数拓扑荷发生聚合，本专利技术所涉及的人工带隙结构光学谐振腔的动量空间中大范围的品质因子显著提高。此后，继续朝相同趋势缓慢改变折射率，按照拓扑荷总数守恒定律，能够发生整数拓扑荷湮灭。
[0021]能够在该体系中观察到可调谐的体费米弧和奇点对，伴随整数拓扑荷线的突然截断。具体的，发现准连续域束缚态线，且在能带偶然交叉的位置，观察到准连续域束缚态线经由体费米弧传递，伴随一对奇点的产生。
[0022]能够在该体系中观察到一个整数拓扑荷分裂成两个半整数拓扑荷及其基于插层微扰的调控。实现了提供一种损耗和光学模式灵活可调的人工带隙结构光学谐振腔。
[0023]2.本专利技术所涉及的一种人工带隙结构光学谐振腔的制备方法，制备方法简单，制备的成本较低。
[0024]3.本专利技术所涉及的一种人工带隙结构光学谐振腔激光器，阈值低、带宽大、功率高，且光学模式的偏振、相位、空间分布等灵活可控。因此所能应用的空间更大。
附图说明
[0025]图1为一种人工带隙结构光学谐振腔的结构示意图。
[0026]图2为结构板两侧增加相同的第一插层和第二插层的人工带隙结构光学谐振腔结
构示意图。
[0027]图3为结构板两侧增加不同的第一插层和第二插层的人工带隙结构光学谐振腔的部分结构示意图。
[0028]图4为结构板一侧增加多个的第一插层，另一侧增加多个第二插层的人工带隙结构光学谐振腔的部分结构示意图。
[0029]图5为对称性保护连续域束缚态和准偶然连续域束缚态的能带结构示意图。
[0030]图6为对称性保护连续域束缚态和准偶然连续域束缚态的分立偏振矢量分布图。
[0031]图7为对称性保护连续域束缚态与准偶然连续域束缚态聚合图。
[0032]图8为对称性保护连续域束缚态与准偶然连续域束缚态分立时(a)和聚合时(b)的品质因子分布图。
[0033]图9为对称性保护连续域束缚态和准Friedrich
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Wintgen连续域束缚态的能带结构示意图。
[0034]图10为对称性保护连续域束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工带隙结构光学谐振腔，其特征在于，所述光学谐振腔自上而下包括：包层结构、至少一个第一插层、结构板、至少一个第二插层、衬底，所述第一插层及所述第二插层的厚度为所述结构板厚度的1/20～1/4，所述第一插层及所述第二插层的材质为气体、绝缘体或半导体材料中的任一种。2.根据权利要求1所述的一种人工带隙结构光学谐振腔，其特征在于，所述结构板由高折射率组分和低折射率组分构成，所述高折射率组分为气体、绝缘体和半导体材料中的任一种或多种，所述低折射率组分为气体、绝缘体和半导体材料中的任一种或多种。3.根据权利要求2所述的一种人工带隙结构光学谐振腔，其特征在于，所述半导体材料为III
‑
V族、II
‑
VI族或IV族中的任一种单质材料或者化合物材料、过渡金属硫族化合物材料或钙钛矿材料。4.根据权利要求1所述的一种人工带隙结构光学谐振腔，其特征在于，所述结构板上设有多个孔洞。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫江，李传林，任翱博，唐枝婷，李妍，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：