CN114122909B - 一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器及其波长调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器及其波长调控方法，激光器包括：ZnO微米线、石英玻璃和金属电极，金属电极位于ZnO微米线两端，ZnO微米线通过金属电极固定在石英玻璃上，金属电极与电源通过导线连接；波长调控方法包括如下步骤：(1)通过CVD方法生长出结晶质量良好的ZnO微米线；(2)将单根ZnO微米线固定至石英玻璃上，沿ZnO微米线Z轴方向设置等间距的金属电极，用导线引出与电源相连；(3)将325nm飞秒激光通过微区系统聚焦至ZnO微米线表面，ZnO微米线受激发射，获得WGM紫外激光并通过光谱仪收集WGM紫外激光光谱；(4)给ZnO微米线施加不同的外加电压，获得不同的波长移动效果。本发明灵敏度高，调节速度快，调节效果稳定。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电子器件技术领域，尤其是一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器及其波长调控方法。
背景技术
可调谐半导体激光器是光电子和光子应用领域的重要器件之一。特别是微纳米级可调谐激光器在光电子、光子集成、信息通信和芯片传感等领域具有广阔的应用前景。随着科技的发展，人们在激光领域的探索也在不断突破。从最初的红宝石激光到光纤激光、气体激光、X射线激光以及绿光、蓝光、紫外光、深紫外光等各种特定波长的激光，激光波长可调的需求日益突出，因此开发一种灵活稳定的波长可调的激光器至关重要。
灵敏度和调节范围是可调激光器的重要技术指标。一般通过构建DBR或DFB结构，改变腔体尺寸，借助游标效应，引入表面等离激元，等方法实现了对激光的调控。这些都属于静态调控，不具备可逆性。相比之下动态调控更具有应用价值。如利用压电效应，实现动态、可持续调制的激光模式输出。不足之处在于难以精确控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器及其波长调控方法，灵敏度高，调节速度快，调节效果稳定。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器，包括：ZnO微米线、石英玻璃和金属电极，金属电极位于ZnO微米线两端，ZnO微米线通过金属电极固定在石英玻璃上，金属电极与电源通过导线连接。
优选的，ZnO微米线在325nm飞秒激光激发下具有良好的WGM激光。
优选的，ZnO微米线直径为1～15μm，长度为200～2000μm。
优选的，金属电极为能够与ZnO微米线形成欧姆接触的铟、氧化铟锡、Ni/Au合金。
优选的，金属电极沿ZnO微米线Z轴方向等间距设置。
相应的，一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器的波长调控方法，，包括如下步骤：
(1)通过CVD方法生长出结晶质量良好的ZnO微米线；
(2)将单根ZnO微米线固定至石英玻璃上，沿ZnO微米线Z轴方向设置等间距的金属电极，用导线引出与电源相连；
(3)将325nm飞秒激光通过微区系统聚焦至ZnO微米线表面，ZnO微米线受激发射，获得WGM紫外激光并通过光谱仪收集WGM紫外激光光谱；
(4)给ZnO微米线施加不同的外加电压，获得不同的波长移动效果。
优选的，ZnO微米线具有非中心对称结构，电场会引起晶体内部折射率的改变，从而改变其WGM激光的峰位，通过调控施加电压或者电极间距，改变激光发光峰位。
本发明的有益效果为：(1)本发明构建了基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器，具有波长可调、灵敏度高、调节速度快、调节效果稳定等优点；(2)本发明通过外加电压施加电场，快速、稳定的调节ZnO微米线受激发射的WGM紫外激光波长；(3)等间距电极设计，有利于增加调控范围，可实现范围更广，灵活度更高的波长调控。
附图说明
图1为本发明实施例1中的单根ZnO微米线的扫描电镜图片。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明实施例1中的不同外加电压下，ZnO微米线受激发射光谱示意图。
图4为本发明实施例1中的在20℃和70℃环境中，不同外加电压下，ZnO微米线受激发射光谱示意图。
图5为本发明实施例2中的不同外加电压下，ZnO微米线受激发射光谱示意图。
具体实施方式
一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器，包括：ZnO微米线、石英玻璃和金属电极，ZnO微米线、石英玻璃和金属电极，金属电极位于ZnO微米线两端，ZnO微米线通过金属电极固定在石英玻璃上，金属电极与电源通过导线连接。
一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器的波长调控方法，，包括如下步骤：
(1)通过CVD方法生长出结晶质量良好的ZnO微米线；
(2)将单根ZnO微米线固定至石英玻璃上，沿ZnO微米线Z轴方向设置等间距的金属电极，用导线引出与电源相连；
(3)将325nm飞秒激光通过微区系统聚焦至ZnO微米线表面，ZnO微米线受激发射，获得WGM紫外激光并通过光谱仪收集WGM紫外激光光谱；
(4)给ZnO微米线施加不同的外加电压，获得不同的波长移动效果。
实施例1：
如图1和图2所示，本实施例提供了一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器的制备方法，该激光器包括：ZnO微米线、石英玻璃和金属电极，其中电极通过导线与电源连接，给ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器施加电压。
其中，ZnO微米线在325nm飞秒激光激发下具有良好的WGM激光。ZnO微米线直径为13μm，长度为1200μm，本实例中金属铟电极数量为3个，间隔为500μm。
如图2所示是本发明的结构示意图，将单根ZnO微米线固定在石英玻璃上，沿ZnO微米线Z轴方向制备等间距的金属铟电极，电极通过导线与电源相连，最终构成完整的器件。
本实施例用于一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器的波长调节方法，包括如下步骤：
(1)通过CVD方法生长出在325nm飞秒激光激发下具有良好的WGM激光的ZnO微米线；
(2)将单根ZnO微米线固定至清洗干净的石英玻璃上，沿ZnO微米线Z轴方向制备等间距的金属铟电极并用导线引出与电源相连。
(3)通过微区系统将325nm飞秒激光聚焦至ZnO微米线表面，ZnO微米线受激发射，获得WGM紫外激光并通过光谱仪收集WGM紫外激光光谱。
(4)给ZnO微米线施加-80V至80V的电压，并通过光谱仪测试，不同电压下，激光器的光谱。图3为不同外加电压下，ZnO微米线受激发射光谱。具有很好的稳定性和可重复性。
(5)分别在20℃和70℃环境中，测试0V、30V、50V和70V电压下ZnO微米线的WGM激光光谱。图4为在20℃和70℃环境中，不同外加电压下，ZnO微米线受激发射光谱。在不同温度下，峰位移动与外加电压的对应关系具有很好的稳定性和可重复性。
实施例2：
一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器的制备方法，该激光器包括：ZnO微米线、石英玻璃和金属电极，其中电极通过导线与电源连接，给基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器施加电压。
如图2所示是本发明的结构示意图，将单根ZnO微米线固定在石英玻璃上，沿ZnO微米线Z轴方向制备金属铟电极，电极通过导线与电源相连，最终构成完整的器件。其中，ZnO微米线直径为15μm，长度为700μm，本实例中金属铟电极数量为3个，间隔为500μm。
本实施例用于一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器的波长调节方法，包括如下步骤：
(1)通过CVD方法生长出在325nm飞秒激光激发下具有良好的WGM激光的ZnO微米线；
(2)将单根ZnO微米线固定至清洗干净的石英玻璃上，沿ZnO微米线Z轴方向制备金属铟电极并用导线引出与电源相连。
(3)通过微区系统将325nm飞秒激光聚焦至ZnO微米线表面，ZnO微米线受激发射，获得WGM紫外激光并通过光谱仪收集WGM紫外激光光谱。
(4)给ZnO微米线施加0V至20V的电压，并通过光谱仪测试，不同电压下，激光器的光谱。图5为不同外加电压下，ZnO微米线受激发射光谱。具有很好的稳定性。
实施例3：
一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器的制备方法，该激光器包括：ZnO微米线、石英玻璃和金属电极，其中电极通过导线与电源连接，给基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器施加电压。
如图2所示是本发明的结构示意图，将单根ZnO微米线固定在石英玻璃上，沿ZnO微米线Z轴方向制备金属铟电极，电极通过导线与电源相连，最终构成完整的器件。其中，ZnO微米线直径为5μm，长度为1500μm，本实例中金属铟电极数量为3个，间隔为500μm。
本实施例用于一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器的波长调节方法，包括如下步骤：
(1)通过CVD方法生长出在325nm飞秒激光激发下具有良好的WGM激光的ZnO微米线；
(2)将单根ZnO微米线固定至干净的石英玻璃上，沿ZnO微米线Z轴方向制备金属铟电极并用导线引出与电源相连。
(3)通过微区系统将325nm飞秒激光聚焦至ZnO微米线表面，ZnO微米线受激发射，获得WGM紫外激光并通过光谱仪收集WGM紫外激光光谱。
Claims (5)
1.一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器，其特征在于，包括：单根ZnO微米线、石英玻璃和金属电极，金属电极位于ZnO微米线两端，ZnO微米线通过金属电极固定在石英玻璃上，金属电极与电源通过导线连接，ZnO微米线在325nm飞秒激光激发下具有WGM紫外激光，通过金属电极给ZnO微米线施加不同的外加电压，获得不同的波长移动效果。
2.如权利要求1所述的基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器，其特征在于，金属电极为能够与ZnO微米线形成欧姆接触的铟、氧化铟锡、Ni/Au合金。
3.如权利要求1所述的基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器，其特征在于，金属电极沿ZnO微米线轴向方向等间距设置。
4.一种基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器的波长调控方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过CVD方法生长出ZnO微米线；
(2)将单根ZnO微米线固定至石英玻璃上，沿ZnO微米线轴向方向设置等间距的金属电极，用导线引出与电源相连；
(3)将325nm飞秒激光通过微区系统聚焦至ZnO微米线表面，ZnO微米线受激发射，获得WGM紫外激光并通过光谱仪收集WGM紫外激光光谱；
(4)给ZnO微米线施加不同的外加电压，获得不同的波长移动效果。
5.如权利要求4所述的基于ZnO微米线的波长可调的WGM紫外激光器的波长调控方法，其特征在于，ZnO微米线具有非中心对称结构，电场会引起晶体内部折射率的改变，从而改变其WGM激光的峰位，通过调控施加电压或者电极间距，改变激光发光峰位。
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