專利名稱：基于單根半導體納米線的可調諧單縱模激光器及制備方法
技術領域：
本發明涉及微光學元件、系統、光通訊和光子集成電路，尤其涉及一種基于單根半導體納米線的可調諧單縱模激光器。
背景技術：
基于單根半導體納米線的可調諧單縱模激光器是一種新型激光器，在科研、工業、 環境等方面有廣泛的應用，具有廣闊的應用潛力和發展前景。隨著半導體納米線制備工藝的改進，高品質的半導體納米線已經可以制備出來，并已被用于制作微納光子學器件。如單根納米線光學諧振腔和單根納米線多縱模激光器已經被證明。目前國際上已經實現的納米線激光器主要有單根納米線多縱模激光器、單根納米線環形腔激光器、單根納米線布拉格光柵式激光器。然而現有的這些半導體納米線激光器通常只能在多縱模模式下運行，諧振腔腔結構較為固定，難以在激光器結構中引入有效的選模機制，并且產生的激光波長通常是不可調諧的，而單縱模、可調諧特性對于半導體納米線激光器的實際應用卻又是至關重要的。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于單根半導體納米線的可調諧單縱模激光器及制備方法。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的
一種基于單根半導體納米線的可調諧單縱模激光器，它包括一根納米線，所述納米線的一端形成一個環形鏡結構，另一端形成另一個環形鏡結構。一種上述基于單根半導體納米線的可調諧單縱模激光器的制備方法，包括以下步驟
(1)首先通過化學氣相沉積方法制備出直徑50-1000nm的高品質的半導體納米線；
(2)在顯微鏡下利用兩根光纖探針對生長基片上的納米線進行切斷和轉移等微納操作，將納米線放置在低折射率襯底上；
(3)在顯微鏡下，利用兩根光纖探針對放置在低折射率襯底上的納米線進行切割，使其沿晶面方向斷裂；
(4)用光纖探針進行微納操作，將納米線的一端彎折，使其通過范德瓦爾斯力和靜電力貼附于納米線自身，形成一個環形鏡結構；
(5)最后，再將納米線的另一端彎折并貼附于納米線自身，形成另一個環形鏡結構。本發明具有的有益效果是本發明的單根半導體納米線激光器具有單縱模、可調諧、小型化、結構簡單、性能穩定、易于調節、制備簡便、易于集成等特點。目前已獲得波長 740.5 nm的單模激光輸出，以及2. 4 nm的波長調諧范圍。
圖1是本發明的結構原理示意圖；圖2是直徑200 nm的Cdk納米線在其一端做成環形結構收集到的激光光譜，泵浦光波長為532 nm ；
圖3是直徑200 nm的Cdk納米線在兩端做成環形結構收集到的激光光譜，泵浦光波長為532 nm ；
圖4是通過調節環形結構實現單模激光的波長調諧圖。
具體實施例方式當單根納米線中存在多個諧振腔時，多個腔體可以通過游標效應實現選模。在外界激光的泵浦下，只有同時滿足所有腔的諧振條件的模式才能在納米線內諧振放大，從納米線的端頭出射。通過調節耦合區和環形反射鏡的幾何尺寸可以實現單模輸出以及出射波長的調諧。如圖1所示，本發明基于單根半導體納米線的可調諧單縱模激光器包括一根納米線，納米線的一端形成一個環形鏡結構，另一端形成另一個環形鏡結構。本發明基于單根半導體納米線的可調諧單縱模激光器的制備過程如下
1、首先通過化學氣相沉積方法制備出直徑50-1000 nm的高品質的半導體納米線。2、在顯微鏡下利用兩根光纖探針對生長基片上的納米線進行切斷和轉移等微納操作，將納米線放置在低折射率襯底上。3、在顯微鏡下，利用兩根光纖探針對放置在低折射率襯底上的納米線進行切割， 使其沿晶面方向斷裂。4、用光纖探針進行微納操作，將納米線的一端彎折，使其通過范德瓦爾斯力和靜電力貼附于納米線自身，形成一個環形鏡結構。5、再將納米線的另一端彎折并貼附于納米線自身，形成另一個環形鏡結構。本發明通過對單根半導體納米線進行微納操作將端頭貼附于線上，從而在兩端形成環形反射鏡結構，通過復合腔體的游標效應實現模式選擇，形成波長可調諧的單縱模半導體納米線激光器；本發明具有小型化、結構簡單、性能穩定、易于調節、制備簡便、易于集成等特點。目前已獲得波長740. 5 nm的單模激光輸出，以及2. 4 nm的波長調諧范圍。實施例1
使用化學氣相沉積法生長出直徑200 nm的CcKe納米線，在光學顯微鏡下用光纖探針將其切斷并轉移到MgF2襯底上。再利用光纖探針對放置在MgF2襯底上的CcKe進行切割， 截取75 ym長的一段。然后用光纖探針對納米線的一端進行微納操作，將其折回，端頭貼在納米線的自身，形成周長約34 ym的環形反射鏡結構。在波長532 nm的脈沖光激發下， 信號光由一物鏡收集到光譜儀中。附圖1是本發明的結構原理示意圖；圖2是在一端做成環形反射鏡的激光光譜，從圖中可見，相對于插圖中沒有做成環形反射鏡結構的單根線激光器的激光光譜，做成一個環形反射鏡后激光器的諧振腔可以起到很好的選模作用，選模后獲得了波長735. 4 nm的激光主峰。對已經存在一個環形反射鏡的單根納米線繼續做微納操作，把另一端折回，端頭貼附于納米線的自身，形成周長37 ym的環形反射鏡結構。圖3是兩端均有環形反射鏡的激光光譜，從圖中可見，相對于單個環形反射鏡的形式，雙環形反射鏡激光器的邊模抑制由原先的8. 6提高到13. 5，光譜質量得到很好的提升。
改變其中一個環形反射鏡的周長和耦合區長度實現激光波長的調諧。圖4是對雙環形反射鏡的其中一個進行調節，改變環形反射鏡和耦合區域的幾何尺寸，實現激光波長由 738. 1 nm-740. 5 nm 的調諧。上述具體實施方式
用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于單根半導體納米線的可調諧單縱模激光器，其特征在于，它包括一根納米線，所述納米線的一端形成一個環形鏡結構，另一端形成另一個環形鏡結構。
2.—種權利要求1所述基于單根半導體納米線的可調諧單縱模激光器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)首先通過化學氣相沉積方法制備出直徑50-1000nm的高品質的半導體納米線；(2)在顯微鏡下利用兩根光纖探針對生長基片上的納米線進行切斷和轉移等微納操作，將納米線放置在低折射率襯底上；(3)在顯微鏡下，利用兩根光纖探針對放置在低折射率襯底上的納米線進行切割，使其沿晶面方向斷裂；(4)用光纖探針進行微納操作，將納米線的一端彎折，使其通過范德瓦爾斯力和靜電力貼附于納米線自身，形成一個環形鏡結構；最后，再將納米線的另一端彎折并貼附于納米線自身，形成另一個環形鏡結構。
全文摘要
本發明公開了一種基于單根半導體納米線的可調諧單縱模激光器及制備方法，本發明通過對單根半導體納米線進行微納操作將端頭貼附于線上，從而在兩端形成環形反射鏡結構，通過復合腔體的游標效應實現模式選擇，形成波長可調諧的單縱模半導體納米線激光器；本發明具有小型化、結構簡單、性能穩定、易于調節、制備簡便、易于集成等特點。目前已獲得波長740.5nm的單模激光輸出，以及2.4nm的波長調諧范圍。
文檔編號H01S5/10GK102157902SQ20111003760
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月14日 優先權日2011年2月14日
發明者孟超, 王攀, 童利民, 肖堯 申請人:浙江大學