CN102157902A - 基于单根半导体纳米线的可调谐单纵模激光器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单根半导体纳米线的可调谐单纵模激光器及制备方法，本发明通过对单根半导体纳米线进行微纳操作将端头贴附于线上，从而在两端形成环形反射镜结构，通过复合腔体的游标效应实现模式选择，形成波长可调谐的单纵模半导体纳米线激光器；本发明具有小型化、结构简单、性能稳定、易于调节、制备简便、易于集成等特点。目前已获得波长740.5nm的单模激光输出，以及2.4nm的波长调谐范围。
Description
技术领域
本发明涉及微光学元件、系统、光通讯和光子集成电路，尤其涉及一种基于单根半导体纳米线的可调谐单纵模激光器。
背景技术
基于单根半导体纳米线的可调谐单纵模激光器是一种新型激光器，在科研、工业、环境等方面有广泛的应用，具有广阔的应用潜力和发展前景。随着半导体纳米线制备工艺的改进，高品质的半导体纳米线已经可以制备出来，并已被用于制作微纳光子学器件。如单根纳米线光学谐振腔和单根纳米线多纵模激光器已经被证明。目前国际上已经实现的纳米线激光器主要有单根纳米线多纵模激光器、单根纳米线环形腔激光器、单根纳米线布拉格光栅式激光器。然而现有的这些半导体纳米线激光器通常只能在多纵模模式下运行，谐振腔腔结构较为固定，难以在激光器结构中引入有效的选模机制，并且产生的激光波长通常是不可调谐的，而单纵模、可调谐特性对于半导体纳米线激光器的实际应用却又是至关重要的。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于单根半导体纳米线的可调谐单纵模激光器及制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于单根半导体纳米线的可调谐单纵模激光器，它包括一根纳米线，所述纳米线的一端形成一个环形镜结构，另一端形成另一个环形镜结构。
一种上述基于单根半导体纳米线的可调谐单纵模激光器的制备方法，包括以下步骤：
（1）首先通过化学气相沉积方法制备出直径50-1000 nm的高品质的半导体纳米线；
（2）在显微镜下利用两根光纤探针对生长基片上的纳米线进行切断和转移等微纳操作，将纳米线放置在低折射率衬底上；
（3）在显微镜下，利用两根光纤探针对放置在低折射率衬底上的纳米线进行切割，使其沿晶面方向断裂；
（4）用光纤探针进行微纳操作，将纳米线的一端弯折，使其通过范德瓦尔斯力和静电力贴附于纳米线自身，形成一个环形镜结构；
（5）最后，再将纳米线的另一端弯折并贴附于纳米线自身，形成另一个环形镜结构。
本发明具有的有益效果是：本发明的单根半导体纳米线激光器具有单纵模、可调谐、小型化、结构简单、性能稳定、易于调节、制备简便、易于集成等特点。目前已获得波长740.5 nm 的单模激光输出，以及2.4 nm 的波长调谐范围。
附图说明
图1 是本发明的结构原理示意图；
图2 是直径200 nm的 CdSe纳米线在其一端做成环形结构收集到的激光光谱，泵浦光波长为532 nm；
图3 是直径200 nm的CdSe纳米线在两端做成环形结构收集到的激光光谱，泵浦光波长为532 nm；
图4 是通过调节环形结构实现单模激光的波长调谐图。
具体实施方式
当单根纳米线中存在多个谐振腔时，多个腔体可以通过游标效应实现选模。在外界激光的泵浦下，只有同时满足所有腔的谐振条件的模式才能在纳米线内谐振放大，从纳米线的端头出射。通过调节耦合区和环形反射镜的几何尺寸可以实现单模输出以及出射波长的调谐。
如图1所示，本发明基于单根半导体纳米线的可调谐单纵模激光器包括一根纳米线，纳米线的一端形成一个环形镜结构，另一端形成另一个环形镜结构。
本发明基于单根半导体纳米线的可调谐单纵模激光器的制备过程如下：
1、首先通过化学气相沉积方法制备出直径50-1000 nm的高品质的半导体纳米线。
2、在显微镜下利用两根光纤探针对生长基片上的纳米线进行切断和转移等微纳操作，将纳米线放置在低折射率衬底上。
3、在显微镜下，利用两根光纤探针对放置在低折射率衬底上的纳米线进行切割，使其沿晶面方向断裂。
4、用光纤探针进行微纳操作，将纳米线的一端弯折，使其通过范德瓦尔斯力和静电力贴附于纳米线自身，形成一个环形镜结构。
5、再将纳米线的另一端弯折并贴附于纳米线自身，形成另一个环形镜结构。
本发明通过对单根半导体纳米线进行微纳操作将端头贴附于线上，从而在两端形成环形反射镜结构，通过复合腔体的游标效应实现模式选择，形成波长可调谐的单纵模半导体纳米线激光器；本发明具有小型化、结构简单、性能稳定、易于调节、制备简便、易于集成等特点。目前已获得波长740.5 nm的单模激光输出，以及2.4 nm的波长调谐范围。
实施例1
使用化学气相沉积法生长出直径200 nm 的CdSe纳米线，在光学显微镜下用光纤探针将其切断并转移到MgF2衬底上。再利用光纤探针对放置在MgF2衬底上的CdSe进行切割，截取75 μm长的一段。然后用光纤探针对纳米线的一端进行微纳操作，将其折回，端头贴在纳米线的自身，形成周长约34 μm的环形反射镜结构。在波长532 nm的脉冲光激发下，信号光由一物镜收集到光谱仪中。附图 1是本发明的结构原理示意图；图 2是在一端做成环形反射镜的激光光谱，从图中可见，相对于插图中没有做成环形反射镜结构的单根线激光器的激光光谱，做成一个环形反射镜后激光器的谐振腔可以起到很好的选模作用，选模后获得了波长735.4 nm的激光主峰。
对已经存在一个环形反射镜的单根纳米线继续做微纳操作，把另一端折回，端头贴附于纳米线的自身，形成周长37 μm的环形反射镜结构。 图 3是两端均有环形反射镜的激光光谱，从图中可见，相对于单个环形反射镜的形式，双环形反射镜激光器的边模抑制由原先的8.6提高到13.5，光谱质量得到很好的提升。
改变其中一个环形反射镜的周长和耦合区长度实现激光波长的调谐。图 4是对双环形反射镜的其中一个进行调节，改变环形反射镜和耦合区域的几何尺寸，实现激光波长由738.1 nm-740.5 nm的调谐。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于单根半导体纳米线的可调谐单纵模激光器，其特征在于，它包括一根纳米线，所述纳米线的一端形成一个环形镜结构，另一端形成另一个环形镜结构。
2.一种权利要求1所述基于单根半导体纳米线的可调谐单纵模激光器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）首先通过化学气相沉积方法制备出直径50-1000 nm的高品质的半导体纳米线；
（2）在显微镜下利用两根光纤探针对生长基片上的纳米线进行切断和转移等微纳操作，将纳米线放置在低折射率衬底上；
（3）在显微镜下，利用两根光纤探针对放置在低折射率衬底上的纳米线进行切割，使其沿晶面方向断裂；
（4）用光纤探针进行微纳操作，将纳米线的一端弯折，使其通过范德瓦尔斯力和静电力贴附于纳米线自身，形成一个环形镜结构；
最后，再将纳米线的另一端弯折并贴附于纳米线自身，形成另一个环形镜结构。
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