[發明專利]有機無機復合回音壁模式光學微腔激光器的制備方法

無效

• 申請號: 200810034030.9
• 申請日: 2008-02-28
• 公開（公告）號: CN101257185A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 吳翔;徐雷;劉麗英;李皓
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01S5/00
• 分類號: H01S5/00;H01S5/10;H01S5/30;H01S3/00;H01L21/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬集成光學器件制備技術領域，具體涉及一種有機無機復合回音壁模式光學微腔激光器的制備方法。

背景技術

近10-20年來，基于回音壁模式(Whispering-Gallery?Modes，以下簡稱WGM)的光學微腔作為一種新型的集成光學器件，受到研究者的廣泛重視。光學微腔就是指光學微諧振腔，即幾何尺度可以與光波長比擬并且具有高品質因子的諧振腔。WGM光學微腔利用了光在微腔邊界上的全反射形成限制作用，不僅能將光場很好地約束在微米量級，還可以從空間電磁場的連續模式中產生少數幾個離散的光學模式。WGM微腔的優點是腔內光子壽命長，損耗低，品質因子(Q)高。因此，WGM光學微腔器件被認為在基礎物理、非線性光學、光通信、光學傳感等眾多領域具有非常廣泛的應用前景。

目前，用來制備WGM光學微腔器件的材料主要為無機材料(二氧化硅、半導體等)和有機聚合物材料(PS)兩大類，不同的材料具有不同的特性和制備方法。近年來，用有機無機復合材料通過溶膠凝膠(Sol-Gel)技術制備集成光學器件引起了人們很大的興趣。有機無機復合材料是有機和無機成分在納米尺度下均勻混合而形成的一種新型材料。經過適當的設計，有機無機復合材料可兼具有機和無機兩類材料的優點。低成本、高性能的有機無機復合玻璃集成光波導器件例如波導光柵、多模干涉型耦合器、熱光開關以及Bragg濾波器等顯示出了良好的性能。

發明內容

本發明的目的在于提出一種工藝簡單，成本低的有機無機復合回音壁模式光學微腔激光器的制備方法。該激光器可用于制備多功能、高性能的集成光學傳感芯片，使目前制備的有機無機復合回音壁模式光學微腔激光器達到有機類微腔的最好水平。

本發明提出的光學微腔激光器的制備方法，由如下步驟依次組成：襯底層2的制備，有源層4的制備和光刻工藝，濕法刻蝕以及覆蓋層7的制備，如圖1所示。本發明中，覆蓋層可以采用有機聚合物PMMA或無機二氧化硅等材料。

本發明具體步驟如下：首先，利用溶膠-凝膠法配制折射率較低的有機無機復合材料溶液，利用旋涂甩膜法在硅片1上制備襯底層2，并用紫外光3照射樣品，使其中的有機部分聚合，再將樣品放入烘箱中處理，使薄膜進一步固化；其次，配制折射率較高的有機無機復合材料溶液，并在其中摻雜有機熒光染料或者量子點作為激光的增益介質，利用旋涂甩膜法在襯底層2上制備有源層4；再次，利用紫外光刻技術將掩模板5上的微腔圖形轉移到有源層4上，再利用濕法刻蝕工藝，刻蝕出微腔6；最后，在制備好的樣品上制備一層覆蓋層7，用以改善微腔側壁的光滑度，以提高微腔激光器的品質因子。

本發明中，所述有機無機復合材料是由甲基丙烯酸丙脂基三甲氧基硅烷(MAPTMS)、甲基丙烯酸(MAA)和丙氧基鋯烷(Zr(OC₃H₇)₄)三種材料經水解聚合而成。其中，丙氧基鋯烷為折射材料；所述折射較低的有機無機復合材料是指含鋯量為4-10％(摩爾比)的復合材料，所述折射率較高的有機無機復合材料是指含鋯量為18-25％(摩爾比)的復合材料。

本發明中，作為激光增益介質的有機熒光染料或量子點的摻雜量為有機無機復合材料重量的4-8％。

本發明中，所述的覆蓋層(7)的材料為有機聚合物或無機二氧化硅材料，制備方法為拉膜方法或PECVD方法。

附圖說明

圖1是有機無機復合回音壁模式光學微腔激光器制備流程圖。

圖2是直徑為100微米的圓形有機無機復合回音壁模式光學微腔激光器的掃描電子顯微鏡圖。

圖3是直徑為100微米的圓形有機無機復合回音壁模式光學微腔激光器出射光譜。

圖4是邊長為80微米的圓角方形變形微腔激光器的掃描電子顯微鏡圖。

圖中標號：1.硅片，2.襯底層，3.紫外光，4.有源層，5.掩模板，6.微腔，7.覆蓋層。

具體實施方式

下面通過具體實例進一步描述本發明：