[發(fā)明專利]一種二維硅基光子晶體微納波導激光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410086255.4
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103825196A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬勇;葛曉輝;高竟;賈明輝
• 申請（專利權(quán)）人: 青島大學
• 主分類號: H01S5/20
• 分類號: H01S5/20;H01S5/10
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所 37104
• 代理人: 張世功

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于光學激光設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型光子晶體激光器，特別是一種波長在1030nm、Yb³⁺為激光活性離子、低損耗的二維硅基光子晶體微納波導激光器。

背景技術(shù)：

目前，激光器，特別是固體激光器在光通信、光存儲和光顯示等基礎(chǔ)光學領(lǐng)域，以及雷達系統(tǒng)、生物技術(shù)和醫(yī)療器械等高科技行業(yè)都有重要應(yīng)用，隨著科技的不斷發(fā)展，激光在這些領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴大，推進了激光器制備技術(shù)的極大發(fā)展，固體激光器主要有燈泵浦固體激光器、二極管泵浦固體激光器、激光泵浦固體激光器和光纖激光器等，激光晶體材料所用的激活離子多采用稀土離子和過渡金屬離子；基質(zhì)晶體更為寬泛，可采用氧化物晶體、氟化物晶體、含氧酸鹽晶體等，但是傳統(tǒng)的固體激光器對晶體材料本身的要求很高，因此也受到晶體的質(zhì)量、加工、鍍膜等因素，以及傳輸、散熱等周邊因素的影響。

近十年來，微納激光器發(fā)展迅速，美國首先制作出氧化鋅（ZnO）室溫紫外輻射納米激光器，其他微納結(jié)構(gòu)激光器也應(yīng)運而生，這類激光器對晶體的質(zhì)量和加工要求相對低些；只需要很少能量就可以發(fā)射激光，且常溫下可以工作，效率極高而能量閾值卻很低，可以瞬時開關(guān)，尺寸小，便于光學集成，正因為如此，此類激光器發(fā)展迅速，可以廣泛用于化學物質(zhì)鑒別，生物傳感器，顯微術(shù)和激光外科，以及光計算、自動調(diào)控開光和激光集成芯片等信息儲存和加速信息處理等很多方面。

光子晶體是近二十幾年來出現(xiàn)的一種新型材料結(jié)構(gòu)，它具有禁帶特性、光子局域和低損耗傳輸?shù)忍攸c，可提供不同于以前的電磁波傳播和控制方法，光子晶體成為國內(nèi)外物理、化學、材料、通信等領(lǐng)域研究的熱點，光子晶體研究不僅在理論和制作技術(shù)方面取得了很多重要的成果，在應(yīng)用方面光子晶體已由微波通信、太赫茲器件，向光子芯片、太陽能電池、生物傳感和隱身技術(shù)等多領(lǐng)域拓展。在固體激光器方面，光子晶體的帶隙效應(yīng)可以提高反射率，高Q值微腔可以降低閾值，提高耦合增益，光子晶體還可以控制傳輸頻率、偏振和抑制自輻射等，光子晶體的這些特殊物理效應(yīng)，使光子晶體開始應(yīng)用于半導體激光器和光纖激光器，并出現(xiàn)了缺陷模式激光器、帶邊模式激光器、光子晶體反射鏡激光器和有源波導腔激光器等，但目前，光子晶體激光器多為InGaAsP、GaAs、AlGaAs和半導體氧化物等材料形成的結(jié)構(gòu)，受到半導體激光材料閾值、能帶、單色性和輻射功率等因素的影響；研究表明：三階稀土離子Yb³⁺已成為繼Nd³⁺之后最重要的激光活性離子，因為它具有最簡單的能級結(jié)構(gòu)，只有²F_5/2和²F_7/2兩個能態(tài)，避免激光發(fā)射過程中的許多不利作用，如果將Yb³⁺活性離子摻雜到光子晶體微腔，并使光子晶體結(jié)構(gòu)在耦合區(qū)、激勵源區(qū)和傳輸區(qū)有機結(jié)合起來，利用光子晶體禁帶特性對光子態(tài)的調(diào)制作用，可以突破傳統(tǒng)激光器的性能瓶頸，不僅獲得更高的自發(fā)輻射的效率，而且可以獲得比傳統(tǒng)激光器更靈活的有源微納結(jié)構(gòu)，提高激勵源區(qū)的增益，實現(xiàn)激光器的無閾值工作和單模低損耗、高功率傳輸；光子晶體微納波導激光器還可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體積小、便于集成、傳輸方向和分光靈活等優(yōu)勢，目前Yb³⁺已有在光纖激光器中的研究，但是尚未見有以Yb³⁺等為激光活性離子、集耦合、激發(fā)和傳輸為一體的光子晶體微納波導激光器出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求設(shè)計一種便于集成和加工的新型二維硅基光子晶體微納波導激光器，將光子晶體的禁帶特性、慢光特性等特點與Yb³⁺活性離子的優(yōu)勢相結(jié)合，在光子晶體微腔內(nèi)注入Yb³⁺活性離子，通過耦合、激發(fā)和傳輸三個過程有機結(jié)合。