CN205752983U - 一种硅基包裹GaN纳米线出射随机激光的装置 - Google Patents

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朱君
徐汶菊
秦柳丽
傅得立
朱勇建
宋树祥
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Abstract

本实用新型公开了一种硅基包裹GaN纳米线出射随机激光的装置,其特征是，包括顺序叠接的底层硅基层、介电层和金属层；所述的硅基层为包裹GaN纳米线的硅基层；所述的介电层为MgF2介电层；所述的金属层材质为Au。这种装置局域化特性强、增益阈值低、亚波长量级可集成，对于生物监测、光通信领域都有广泛潜在应用。

Description

一种硅基包裹GaN纳米线出射随机激光的装置
技术领域
本实用新型涉及光通信技术领域，具体是一种硅基包裹GaN纳米线出射随机激光的装置。
背景技术
随机激光器是一种非传统的激光器,它的反馈机制是以随机散射为基础的,这一点与传统激光器借助反射镜反射的反馈机制是完全不同的。这种独特的反馈机制对于那些在工作谱区上缺少有效反射元件的激光器，如UV激光器、X射线激光器的制造是非常有用的,典型的就是美国西北大学的H.Cao研究组提出的强相干反馈的序ZnO粉末激光现象，该课题组率先观察到了随机激光模式之间的耦合，并由此获得了随机系统本征模之间相互作用。随机激光器低廉的制造成本、特殊的工作波长、微小的尺寸、灵活的形状和友好的衬底兼容性使得它们有可能在许多方面获得应用。如机器视觉，在搜寻和营救领域，涂在受困船只、飞行器和卫星外表面上的激光器能为人们提供可靠的、低成本的辨识方法。在医学上，随机激光器在光动力疗法和肿瘤检查上有潜在的应用。
《自然·材料》在2015年刊载了“Solution-grown nanowires make the bestlasers”一文，哥伦比亚大学的Xiaoyang Zhu合作团队报道了一种由单晶铅卤钙钛矿纳米线制备的室温下波长可调的激光器，这种激光器有很低的激光阈值和高的质量系数。尽管如此，当前随机激光器的发展瓶颈依然是其高阈值、低集成性问题。
通过检索和查新发现，目前对于随机激光器研究大都集中在ZnO粒子谐振腔领域。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供一种硅基包裹GaN纳米线出射随机激光的装置。这种装置局域化特性强、增益阈值低、亚波长量级可集成，对于生物监测、光通信领域都有广泛潜在应用。
实现本实用新型目的的技术方案是：
一种硅基包裹GaN纳米线出射随机激光的装置,包括顺序叠接的底层硅基层、介电层和金属层；
所述的硅基层为包裹GaN纳米线的硅基层，硅基的硅为二氧化硅。
所述的介电层为MgF2介电层, MgF2介电层可以防止制作过程的金属氧化，且能够使光聚焦在纳米线附近。
所述的金属层材质为Au,利用了Au传输损耗较小、制作技术成熟、成本较低的特点。
入射光从Au金属层上表面以垂直角度入射到MgF2介电层，从而使电场集中在Au金属层和硅基层上的GaN纳米线之间。
所述的入射光波长为380nm,泵浦光波长为440nm的蓝光。
泵浦光在硅基层侧面以大于表面等离子产生共振的角度入射使得金属表面产生的电子与光子共振形成表面等离共振，由于硅基层上的GaN纳米线的增益和表面等离子的增强会提高粒子数反转水平，进而在硅基层上的GaN纳米线两端形成出射激光。
上述硅基包裹GaN纳米线出射随机激光的装置制作过程如下：
1）首先通过火焰水解法制作二氧化硅硅基层， 通过激光光束在硅基层底部形成与生长后的GaN纳米线直径大小一致的圆柱；
2）将GaN纳米线嵌入到硅基层，分别依次将MgF2介电层、金层沉积到GaN纳米线的上表面。
所述的GaN纳米线生长采用MOCVD技术，GaN纳米线作为增益材料可以提供较宽范围的带隙，具有较好的与等离子结合的光学性质。
这种装置通过粒子间的随机散射反馈机制、纳米线和表面等离子共振的增强作用，实现了纳米线端面的强激光随机出射，这种装置不仅对于缺少有效反射元件的激光器制造有用，而且能够为微小光子回路、光电子集成领域提供有效光源。
这种装置局域化特性强、增益阈值低、亚波长量级可集成，对于生物监测、光通信领域都有广泛潜在应用。
附图说明
图1为实施例的结构示意图。
图中，1.硅基层 2.GaN纳米线 3.MgF2介电层 4.Au金属层 5.入射光 6.泵浦光7.出射激光。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型内容作进一步阐述，但不是对本实用新型限定。
实施例：
参照图1，一种硅基包裹GaN纳米线出射随机激光的装置,包括顺序叠接的底层硅基层1、介电层3和金属层4。
本实施例整个装置的长宽均为600nm、500nm，底层硅基层1厚度为200nm、GaN纳米线2直径为80nm、MgF2介电层3厚度为50nm、Au金属层4厚度为140nm。
所述的硅基层1为包裹GaN纳米线2的硅基层, 硅基的硅为二氧化硅。
所述的介电层3为MgF2介电层, MgF2介电层可以防止制作过程的金属氧化，且能够使光聚焦在纳米线附近。
所述的金属层4材质为Au, 利用了Au传输损耗较小、制作技术成熟、成本较低的特点。
入射光5从Au金属层4上表面以垂直角度入射到MgF2介电层3，从而使电场集中在Au金属层4和硅基层1上的GaN纳米线2之间。
所述的入射光5波长为380nm,泵浦光6波长为440nm的蓝光。
泵浦光6在硅基层1侧面以大于表面等离子产生共振的角度入射使得金属表面产生的电子与光子共振形成表面等离共振，由于硅基层1上的GaN纳米线2的增益和表面等离子的增强会提高粒子数反转水平，进而在硅基层1上的GaN纳米线2两端形成出射激光7。
上述硅基包裹GaN纳米线出射随机激光的装置制作过程如下：
1）首先通过火焰水解法制作二氧化硅硅基层1， 通过激光光束在硅基层1底部形成与生长后的GaN纳米线2直径大小一致的圆柱；
2）将GaN纳米线2嵌入到硅基层1，分别依次将MgF2介电层3、金层4沉积到GaN纳米线2的上表面。
所述的GaN纳米线2生长采用MOCVD技术，GaN纳米线2作为增益材料可以提供较宽范围的带隙，具有较好的与等离子结合的光学性质。

Claims (3)

1.一种硅基包裹GaN纳米线出射随机激光的装置,其特征是，包括顺序叠接的底层硅基层、介电层和金属层；
所述的硅基层为包裹GaN纳米线的硅基层。
2.根据权利要求1所述的硅基包裹GaN纳米线出射随机激光的装置,其特征是，所述的介电层为MgF2介电层。
3.根据权利要求1所述的硅基包裹GaN纳米线出射随机激光的装置,其特征是，所述的金属层材质为Au。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105811240A (zh) * 2016-05-12 2016-07-27 广西师范大学 一种硅基包裹GaN纳米线出射随机激光的装置

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