一種輸出波長雙向可逆調(diào)諧的半導(dǎo)體納米線激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料、微納光學(xué)、電學(xué)元件和系統(tǒng)，尤其涉及一種輸出波長雙向可逆調(diào)諧的半導(dǎo)體納米線激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]光子器件的微型化和集成化日趨重要，微納光源的集成也成為熱門的研究問題。半導(dǎo)體納米線激光器是十分理想的微納光源，其出射波長取決于材料的禁帶寬度。而在某些場合中需要波長可調(diào)激光器。改進諧振腔的設(shè)計可以在單根半導(dǎo)體納米線基礎(chǔ)上實現(xiàn)輸出波長連續(xù)調(diào)諧，比如通過調(diào)節(jié)半導(dǎo)體納米線的長度控制其出射激光波長，但是由于禁帶寬度限制，其調(diào)諧范圍非常窄。
[0003]另外，還有一種方法是利用改變納米線的禁帶寬度分布來實現(xiàn)寬譜波長調(diào)諧，在碩士論文《單根半導(dǎo)體納米線中激光波長可控變化研究》中提出，通過移動源-VLS法，能夠生長出光學(xué)質(zhì)量好、帶隙過渡較大的硫砸化鎘納米線。根據(jù)局域微光區(qū)熒光光譜，能夠在單根漸變帶隙硫砸化鎘納米線中實現(xiàn)寬范圍的波長控制。通過正向截斷納米線(從砸化鎘端到硫化鎘端)，激射波長變化范圍可達(dá)到119nm.但由于該種方法是通過截斷納米線的手段來實現(xiàn)激射波長調(diào)諧，所以是單向不可逆的，并沒有實現(xiàn)雙向可逆調(diào)諧。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種輸出波長雙向可逆調(diào)諧的半導(dǎo)體納米線激光器，利用靜電場控制粘連有高反射率材料的拉錐光纖的空間位置，進而控制其與漸變帶隙半導(dǎo)體納米線接觸時產(chǎn)生的散射點的相對位置，通過改變電場有無以及強度，實現(xiàn)半導(dǎo)體納米線激光器輸出寬譜波長雙向可逆調(diào)諧。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種輸出波長雙向可逆調(diào)諧的半導(dǎo)體納米線激光器，包括放置在氧化硅襯底上的漸變帶隙半導(dǎo)體納米線和拉錐光纖；
[0007]所述拉錐光纖的端面放置高反射率材料，所述高反射率材料與漸變帶隙半導(dǎo)體納米線接觸形成散射點，且所述拉錐光纖的四周設(shè)有電極；
[0008]所述的半導(dǎo)體納米線激光器通過脈沖激光栗浦半導(dǎo)體納米線，并利用電極施加的靜電場調(diào)節(jié)拉錐光纖與漸變帶隙半導(dǎo)體納米線的接觸點的位置，接收到散射點處禁帶寬度所對應(yīng)的波長的輸出光。
[0009]本發(fā)明中，在光學(xué)顯微鏡下，利用三維微調(diào)架操控漸變帶隙半導(dǎo)體納米線，將其放置于280nm厚的氧化硅(S12)襯底上。同樣在光學(xué)顯微鏡下，將高反射率材料放置于均勻粗細(xì)的拉錐光纖端面。利用在拉錐光纖的上下左右四個方位施加靜電場，來控制光纖的空間位置，調(diào)節(jié)光纖與納米線接觸點的位置，即高射率材料和納米線間形成的散射點的位置，從而接收到散射點處禁帶寬度所對應(yīng)的波長的輸出光?？偨Y(jié)調(diào)節(jié)波長和所施加電壓的規(guī)律關(guān)系，從而實現(xiàn)不用光學(xué)顯微鏡做觀察和監(jiān)測設(shè)備，將器件和電壓調(diào)節(jié)設(shè)備進行封裝，實現(xiàn)小型的可便攜的寬范圍波長可調(diào)輸出。
[00?0] 本發(fā)明中，所述的漸變帶隙納米線直徑均為200nm到700nm。
[0011]本發(fā)明中，所述的漸變帶隙納米線材料均為硫砸化鎘(CdSSe)，其禁帶寬度從一端的2.42eV(CdS)漸變?yōu)榱硪欢说?.74eV(CdSe)，即從發(fā)出波長512nm的綠光漸變?yōu)榱硪欢税l(fā)出波長712nm的紅光。
[0012]本發(fā)明中，所述的高反射率材料為CdS/CdSe納米線、CdS/CdSe納米帶或者銀納米線。
[0013]本發(fā)明中，所述的拉錐光纖材料為S12,便于實現(xiàn)火焰熔融拉錐。
[0014]光纖上的高反射率材料和納米線形成的散射點將與納米線寬帶隙端面之間形成新的增益腔和諧振腔。脈沖激光栗浦新增益腔的窄帶隙部位，在新諧振腔端面得到散射點處帶隙能量對應(yīng)的激光波長。
[0015]本發(fā)明通過改變電場有無以及強度，在不損傷納米線的前提下，可以實現(xiàn)約510nm到620nm之間任意波長的激光的輸出，真正實現(xiàn)了半導(dǎo)體納米線激光器輸出寬譜波長雙向可逆調(diào)諧。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明所使用的CdSSe漸變帶隙半導(dǎo)體納米線的掃描電鏡照片。
[0017]圖2a為基于電場控制波長可調(diào)激光器原理圖；圖2b為封裝好的小型可便攜寬范圍波長可調(diào)輸出激光器示意圖。
[0018]圖3為樣品制作的測試的系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)圖，在樣品制作的初期，搭建顯微物鏡栗浦收集系統(tǒng)進行樣品的操縱和測試。
[0019]圖4圖a為在某個有效散射點(散射點用白圈標(biāo)記)下的激發(fā)照片，發(fā)光偏橙色；圖b為在該散射點下的出射激光光譜圖(中心光波長用紅色虛線標(biāo)記)，中心波長為593.4nm;圖c為在另一個有效散射點(散射點用白圈標(biāo)記)下的激發(fā)照片，發(fā)光偏黃色；圖d為在該散射點下的出射激光光譜圖(中心光波長用紅色虛線標(biāo)記)，中心波長為589.4nm。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，本實施例的半導(dǎo)體納米線激光器包括放置在氧化硅襯底上的漸變帶隙半導(dǎo)體納米線和拉錐光纖，以銀納米線A作為高反射率材料并放置于半導(dǎo)體納米線上，與半導(dǎo)體納米線接觸，制造有效散射點；其中半導(dǎo)體納米線為硫砸化鎘漸變帶隙半導(dǎo)體納米線B。
[0021]圖2a為本實施例中半導(dǎo)體納米線激光器的原理圖，圖中包括銀納米線A、硫砸化鎘漸變帶隙半導(dǎo)體納米線B、硅1、氧化硅襯底2、拉錐光纖3、電壓源4、電極5、電極6、電極7、栗浦光8和出射光9;銀納米線A粘在拉錐光纖3上，與放置于氧化硅襯底2上的硫砸化鎘漸變帶隙半導(dǎo)體納米線B接觸，形成有效散射點，355nm脈沖激光(即栗浦光8)栗浦半導(dǎo)體納米線，在納米線一端收集出射光9，氧化硅層下方的硅I與其它三個由金屬構(gòu)成的電極共同連入外部電壓源4，通過電壓調(diào)節(jié)控制拉錐光纖與半導(dǎo)體納米線的接觸點的位置，達(dá)到寬譜調(diào)節(jié)出射光波長的目的。b圖為封裝好的半導(dǎo)體納米線激光器示意圖，激光器上方為栗浦光8的入射口，前方小孔為出射光9的出口，前方面板右上角四個電源接口對應(yīng)圖a中的四個電極，夕卜接電壓源。
[0022]本實施例中，利用基于電場控制的漸變帶隙半導(dǎo)體納米線激光器實現(xiàn)輸出寬譜波長雙向可逆調(diào)諧的具體過程如下:
[0023](I)利用移動源的VLS(Vaper-Liquid-Solid)方法，在生長的過程中逐漸把砸化鎘粉末推到高溫區(qū)，同時把硫化鎘粉末推離高溫區(qū)，這樣不斷增加蒸汽中砸化鎘的濃度和減少硫化鎘的濃度，使納米線中后來生長的部分砸元素的比例不斷增加，硫元素的比例不斷降低。所得納米線的禁帶寬度從一端的2.42eV(CdS)逐漸變?yōu)榱硪欢说?.74eV(CdSe);
[0024](2)在光學(xué)顯微鏡下，利用三維調(diào)節(jié)架和自ffjljtaper將生長好的漸變帶隙半導(dǎo)體納米線放置于280nm厚的S12襯底上；
[0025](3)利用機械拉錐方法將光纖拉錐成合適直徑的拉錐光纖；
[0026](4)在光學(xué)顯微鏡下，利用三維調(diào)節(jié)架和自制taper將高反射率材料放置于拉錐光纖表面;利用在拉錐光纖的上下左右四個方位施加靜電場，來控制光纖的空間位置，調(diào)節(jié)光纖與納米線接觸點的位置，即高反射率材料和納米線間形成的散射點的位置。
[0027]如圖3所示，光纖上的高反射率材料和納米線形成的散射點將與納米線寬帶隙端面之間形成新的增益腔和諧振腔，355nm脈沖激光器13發(fā)出的激光栗浦新增益腔的窄帶隙部位，在新諧振腔端面得到散射點處帶隙能量對應(yīng)的激光波長，既可通過自由光路栗浦樣品15，也可米用光纖栗浦樣品。
[0028]得到的激光在新端頭處通過自由光路的Zeiss100倍放大率的物鏡14接收，或可通過拉錐光纖接收，經(jīng)透鏡12輸入到CCDlO和光譜儀11，得到對應(yīng)的真彩照明圖和即時光譜圖，如圖4所示，其中，圖a為在某個有效散射點(散射點用白圈標(biāo)記)下的激發(fā)照片，發(fā)光偏橙色；圖b為在該散射點下的出射激光光譜圖(中心光波長用紅色虛線標(biāo)記)，中心波長為593.4nm;圖c為在另一個有效散射點(散射點用白圈標(biāo)記)下的激發(fā)照片，發(fā)光偏黃色；圖d為在該散射點下的出射激光光譜圖(中心光波長用紅色虛線標(biāo)記)，中心波長為589.4nm。
[0029](5)總結(jié)調(diào)節(jié)波長和所施加電壓的規(guī)律關(guān)系，從而實現(xiàn)不用光學(xué)顯微鏡做觀察和監(jiān)測設(shè)備，將器件和電壓調(diào)節(jié)設(shè)備進行封裝，實現(xiàn)小型的可便攜的寬范圍波長可調(diào)輸出。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施舉例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種輸出波長雙向可逆調(diào)諧的半導(dǎo)體納米線激光器，其特征在于，包括放置在氧化硅襯底上的漸變帶隙半導(dǎo)體納米線和拉錐光纖； 所述拉錐光纖的端面放置高反射率材料，所述高反射率材料與漸變帶隙半導(dǎo)體納米線接觸形成散射點，且所述拉錐光纖的四周設(shè)有電極； 所述的半導(dǎo)體納米線激光器通過脈沖激光栗浦半導(dǎo)體納米線，并利用電極施加的靜電場調(diào)節(jié)拉錐光纖與漸變帶隙半導(dǎo)體納米線的接觸點的位置，接收到散射點處禁帶寬度所對應(yīng)的波長的輸出光。2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體納米線激光器，其特征在于，所述的漸變帶隙半導(dǎo)體納米線的直徑均為200nm到700nmo3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體納米線激光器，其特征在于，所述的漸變帶隙半導(dǎo)體納米線的材料均為硫砸化鎘CdSSe，其禁帶寬度從一端CdS的2.42eV漸變?yōu)榱硪欢薈dSe的1.74eVo4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體納米線激光器，其特征在于，所述的高反射率材料為CdS/QlSe納米線、CdS/CMSe納米帶或者銀納米線。5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體納米線激光器，其特征在于，所述的拉錐光纖材料為S12。6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體納米線激光器，其特征在于，所述脈沖激光的波長為355nm0
【專利摘要】本發(fā)明公開一種輸出波長雙向可逆調(diào)諧的半導(dǎo)體納米線激光器，包括放置在氧化硅襯底上的漸變帶隙半導(dǎo)體納米線和拉錐光纖；所述拉錐光纖的端面放置高反射率材料，所述高反射率材料與漸變帶隙半導(dǎo)體納米線接觸形成散射點，且所述拉錐光纖的四周設(shè)有電極；所述的半導(dǎo)體納米線激光器通過脈沖激光泵浦半導(dǎo)體納米線，并利用電極施加的靜電場調(diào)節(jié)拉錐光纖與漸變帶隙半導(dǎo)體納米線的接觸點的位置，接收到散射點處禁帶寬度所對應(yīng)的波長的輸出光。本發(fā)明利用靜電場控制粘連有高反射率材料的拉錐光纖的空間位置，進而控制其與漸變帶隙半導(dǎo)體納米線接觸時產(chǎn)生的散射點的相對位置，通過改變電場有無以及強度，實現(xiàn)半導(dǎo)體納米線激光器輸出寬譜波長雙向可逆調(diào)諧。
【IPC分類】H01S5/30, H01S5/10, H01S5/04
【公開號】CN105633794
【申請?zhí)枴緾N201610112643
【發(fā)明人】楊青, 諸葛明華, 楊宗銀, 王德龍, 劉旭, 李海峰
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年2月29日