[發明專利]基于光子晶體的柔性激光器及其制備方法

有效

• 申請號: 201780000166.5
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN107112720B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 張昭宇;周杰;何克波
• 申請（專利權）人: 香港中文大學（深圳）
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10;H01S5/32;H01S5/34;H01S5/343
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 李艷麗

本發明屬于激光器技術領域，尤其涉及一種基于光子晶體的柔性激光器及其制備方法。該柔性激光器包括位于該柔性激光器內部的L3型光子晶體薄板和包裹該L3型光子晶體薄板的柔性材料層；所述L3型光子晶體薄板包括位于所述L3型光子晶體薄板中心的缺陷區和形成在所述缺陷區外圍的孔洞區，所述孔洞區包括多個大小均勻、且垂直貫穿所述L3型光子晶體薄板的孔洞，所述缺陷區的大小為三個平行設置的孔洞位點對應的區域大小，且所述L3光子晶體薄板包括依次疊層設置的第一保護層、第一涂層、發光層、第二涂層、第二保護層。該柔性激光器不僅從而實現了激光器件的小型化，而且實現了激光器的柔性化，使其結構參數可調，輸出特性可調。

技術領域

本發明屬于激光器技術領域，尤其涉及一種基于光子晶體的柔性激光器及其制備方法。

背景技術

激光器在科學研究，醫療，軍事，工程建造等各個領域具有廣泛而重要的應用。隨著社會的發展及科技的進步，為了拓寬激光器的應用范圍，增強其耐用性，人們對于具有效率高、環境友好、柔性可拉伸等優點的新型激光器的需求逐漸增加。

近年來，柔性電子學得到了極大的發展。市面上出現的柔性顯示器、可穿戴電子等面向于消費級別的電子產品日趨豐富與成熟。然而，柔性光子或光電子器件仍處于起步階段。目前學界所研發的小型激光器主要是生長在非柔性的半導體襯底上，單個激光器器件的尺度也從幾十納米到幾百微米不等。2006年，由美國加州理工Zhaoyu Zhang研究小組提出并實驗完成了基于L3缺陷光子晶體激光器設計。該激光器是在III-V族外延片經過刻蝕等加工工藝制作而成的。激光器最小特征尺寸在70nm，總體尺寸在幾個微米。在可見光頻譜范圍內實現了670nm附近的紅光的單峰激射，并且激射波長可以通過改變結構參數實現在670nm附近范圍內移動。然而由于激光器固定在非柔性襯底上，只能通過單次結構參數設計來實現某一波長的激射，而且設計之后結構參數即固定不可改變。

目前，微納級的激光器的制備大多通過對半導體襯底材料進行加工，從而形成所需的器件結構，因此激光器制作出來之后，均固定于襯底材料上，它的器件尺寸和構型均無法調整。同時激光器多采用諸如分布式反饋型、納米線型、各種基于回音壁模式的納米圓盤、圓環以及多邊形的激光諧振腔設計。這些器件具有諧振腔較大，諧振模式較多且不易操控的特點，并由此造成較大模式體積和較低品質因子等缺點。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種基于光子晶體的柔性激光器及其制備方法，旨在解決現有激光器的結構參數不可調整、模式體積大、品質因子低的技術問題。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明一方面，提供一種基于光子晶體的柔性激光器，所述柔性激光器包括位于所述柔性激光器內部的L3型光子晶體薄板和包裹所述L3型光子晶體薄板的柔性材料層；所述L3型光子晶體薄板包括位于所述L3型光子晶體薄板中心的缺陷區和形成在所述缺陷區外圍的孔洞區，所述孔洞區包括多個大小均勻、且垂直貫穿所述L3型光子晶體薄板的孔洞，所述缺陷區的大小為三個平行設置的孔洞位點對應的區域大小，且所述L3光子晶體薄板包括依次疊層設置的第一保護層、第一涂層、發光層、第二涂層、第二保護層。

本發明提供的基于光子晶體的柔性激光器，其主要通過納米技術與柔性技術相結合，從而實現了激光器件的小型化；同時L3型光子晶體薄板被包裹在柔性材料中，實現了激光器的柔性化，使其結構參數可調，輸出特性可調，其產生的技術效果顯著優于現有技術。本發明的柔性激光器可以作為短距離高速光通信用集成光芯片中的光源，也可以用于柔性電子和可穿戴電子器件中的傳感器件，還可以作為生物傳感器用于生物的化學成分探測以及光譜成像等領域，具有廣泛的應用前景。

本發明另一方面，提供一種上述基于光子晶體的柔性激光器的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

提供外延片和柔性材料；