多波长半导体纳米线和微光纤复合结构微激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种多波长半导体纳米线和微光纤复合结构微激光器，将光纤拉细到微米量级，且保持其两端与普通光纤相连，在显微镜下将多根不同材料半导体纳米线贴在环形结上形成复合结构。本发明专利技术中的激光器结合了半导体纳米线增益高和氧化硅微光纤损耗低的优点，同时由于信号的输入输出是利用普通光纤拉锥形成的微光纤进行的，因此容易获得高的而且稳定的输入输出耦合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体、微光学元件、系统，尤其涉及一种基于半导体纳米线和微光纤形成的复合结构微激光器。
技术介绍
基于Zn0、 CdS、 CdSe等半导体纳米线的激光器近年来引起了研究者的广泛关注。目前用来实现激光器的激光振荡的谐振腔主要有F-P腔、赝环形腔等。在这些研究中，半导体纳米线不仅作为增益介质，而且是激光谐振腔的主体。由于纳米线的直径较小和衬底的存在，在纳米线结构外面的倏逝波会从纳米线的边缘扩散出去或扩散到衬底中，从而引起较强的损耗，限制谐振腔的品质因子，增加激光器的阈值。对于半导体纳米线激光器，研究中还有一个难题就是难以获得高效的光输入输出耦合，这也是限制其获得更广泛应用的一个方面。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多波长半导体纳米线和微光纤复合结构微激光器。半导体高折射率的特点，它既是增益介质又是谐振腔，将半导体纳米线贴在微光纤上作为增益介质，通过光泵谱获得激光。 本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是将光纤拉细到微米量级，在显微镜下将半导体纳米线贴在微光纤，利用微光纤外的倏逝波激发半导体纳米线的发光并将荧光或激光重新耦合进微光纤。与普通光纤相连的一端为光信号输入端，另外一端为输出端。 进一步地，所述的微光纤直径均为l-5ym ;所述的拉制微光纤的材料可以是普通单模光纤或纯石英多模光纤；所述的半导体纳米线直径小于1 P m ;所述的半导体纳米线，其材料是Zn0、 CdS、 CdSe，也可以扩展为GaN、 GaSb、 ZnS等半导体；所述的纳米线的贴放顺序为从输入端至输出端，材料的能带宽度应依次增加。 本专利技术具有的有益效果是本专利技术的激光器具有低的阈值和多波长输出，易于控制和调节，光信号易于输入输出，可以通过改变半导体材料的种类调节激光的波长，通过优化复合结构中纳米线直径、纳米线长度、微光纤直径等来降低阈值。由于半导体纳米线的高折射率，纳米线的端面可以认为是反射镜，纳米线本身可认为是法布里-波罗腔。利用微光纤外部的倏逝波激发半导体纳米线荧光，当荧光在腔内形成谐振并且泵谱光强度超过阈值时就会有激光产生。泵谱光从拉锥光纤未拉细的一端输入，激发纳米线产生的激光利用倏逝波耦合的方式耦合回微光纤并从另外一端拉锥光纤输出。本专利技术中的激光器结合了半导体纳米线增益高和氧化硅微光纤损耗低的优点，同时由于信号的输入输出是利用普通光纤拉锥形成的微光纤进行的，因此容易获得高的而且稳定的输入输出耦合。附图说明 图1是本专利技术的CdSe，CdS，ZnO贴线区的扫描电镜照片(a，b， c)，结构原理示意图(d)和用CCD取到的荧光照片(e)，此时使用的是Zn0纳米线和氧化硅微光纤； 图2是该多波长激光器在不同泵浦功率下依次出现三种颜色激光的光谱图； 图3为ZnO、 CdS、 CdSe的高分辨光谱图(a)和对应的输出光强度随泵谱光强度的 变化曲线(b); 图4是由一根CdS纳米线和氧化硅微光纤形成的复合结构微激光器在不同强度脉 冲光泵谱下的输出光谱图及对应的用CCD拍到的荧光照片(a) ，CdS纳米线的激光器在不同 泵谱光强下的输出光谱(b)，高分辨光谱图(c)。具体实施例方式下面根据附图详细说明本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加明显。 使用纯石英多模光纤，高温拉伸法制备出直径约为3. 3ym微光纤，保证中间为微 光纤，经锥形光纤过渡后与普通光纤相连。从输入端输入波长355nm脉宽6ns的脉冲光激 发，将直径977nm长153 y m的CdSe纳米线，直径370nm长66. 7 y m的CdS纳米线，直径 306nm长72. 6 y m的ZnO纳米线贴在微光纤上，输出端将耦合进微光纤的光信号输出。图 1(d)是结构原理示意图，图l(a，b，c)分别为该结构的CdSe，CdS，ZnO贴线区的扫描电镜照 片。随着泵浦功率的增大，在输出端依次探测到有单一、双色、三色激光出现，如图2所示。 图3(a)为高分辨光谱图，可以看出ZnO、CdS、CdSe所对应激光的线宽依次为0. 7nm，0. 6nm， 0. 57nm，计算得Q值依次为558,865， 1303。激光器输出光的强度随泵谱光强度的变化曲线 如图3(b)所示，ZnO、CdS、CdSe激光的阈值为1. 3 y J， 1. 1 y J， 0. 6 y J每脉冲。在阈值附近 有很明显的斜率变化，阈值以上输出光强度随泵谱光强度变化呈现很好的线性关系。 使用纯石英多模光纤，高温拉伸法制备出直径约为3. 9 ii m微光纤，保证中间为微 光纤，经锥形光纤过渡后与普通光纤相连。从输入端输入波长355nm脉宽6ns的脉冲光激 发，将直径394nm长49 y m的CdS纳米线贴在微光纤上，输出端将耦合进微光纤的光信号输 出。图4(a)所示为CdS纳米线的激光器在不同泵谱光强下的输出光谱，和对应的CCD拍摄 到的荧光照片。激光器输出光的强度随泵谱光强度的变化曲线如图4(b)所示，该激光器的 阈值为0. 45 ii J/每脉冲。在阈值附近有很明显的斜率变化，阈值以上输出光强度随泵谱光 强度变化呈现很好的线性关系。图4(c)为高分辨光谱图，可以看出它的线宽小于O. 6nm，计 算得Q值约为863。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于半导体纳米线和微光纤的复合结构微激光器，其特征在于：将光纤拉细到微米量级，且保持拉伸过程中不断，其两端与普通光纤相连接，将两端固定然后将半导体纳米线贴到微光纤上。

【技术特征摘要】
一种基于半导体纳米线和微光纤的复合结构微激光器，其特征在于将光纤拉细到微米量级，且保持拉伸过程中不断，其两端与普通光纤相连接，将两端固定然后将半导体纳米线贴到微光纤上。2. 根据权利要求1所述的一种基于半导体纳米线和微光纤的复合结构微激光器，其特征在于所述的微光纤直径约为1. 5-4y m，拉制微光纤的材料可以是纯石英光纤或普通单模光纤。3. 根据权利要求1所述的一种基于半导体纳米线和微光纤的复合结构微激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨青，丁晔，郭欣，姜校顺，童利民，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]