[發明專利]雙三角回音壁光諧振模式的半導體六邊形微米碟激光器

在審

• 申請號: 201911124274.0
• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN110829181A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 曹冰;何耿;王欽華;熊先杰;袁志豪;周浩;羅安林;陳王義博;徐立躍
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01S5/20
• 分類號: H01S5/20;H01S5/10;H01S5/183
• 代理公司: 蘇州智品專利代理事務所(普通合伙) 32345
• 代理人: 王利斌

本發明屬于半導體微腔激光器領域，為解決六邊形回音壁模式品質因子低與三角形回音壁模式出射難的問題：公開了一種雙三角回音壁光諧振模式的半導體六邊形微米碟激光器，該裝置利用高折射率增益材料的受激輻射物理特性，通過反射襯底提供底面的光反射來降低微腔激光器垂直方向光學損耗，半導體六邊形微米碟作為光學諧振腔與激光增益物質，激光器作為光學泵浦源提供光學增益，當泵浦源功率超過微腔激光器閾值后產生激光出射；通過控制泵浦源激光光斑位于六邊形微米碟角落，在受激輻射后產生雙三角回音壁光學諧振模式的激光出射。本發明相比較常規六邊形和三角形回音壁光諧振模式的激光器同時具有高的品質因子和易于激光出射的優點。

技術領域

本發明涉及半導體微腔激光器領域，具體涉及一種雙三角回音壁光諧振模式的半導體六邊形微米碟激光器。

背景技術

半導體材料在微納發光器件與光電集成領域具有廣闊的應用價值從而受到了科學家們的廣泛關注。特別對于具有高折射率，直接帶隙的半導體，如GaN,ZnO，GaAs，InP,鈣鈦礦等，可以直接作為增益物質與諧振腔來制作微腔激光器。此外，GaInN，AlGaN,GaInAs等化合物制作的探測器與發光器件還可以覆蓋紫外，可見光，以及近紅外的寬波段。回音壁模式(Whispering-gallery Mode)微腔激光器由于使用光在介質表面全反射形成周期性諧振的原理，相較于法布里-珀羅模式(Fabry–Pérot Mode)具有體積小，品質因子高，閾值低，易集成等優點而被廣泛研究。基于半導體材料的回音壁模式微腔激光器，可用于光通信，光存儲，化學生物探測等領域。

目前報道的半導體回音壁模式微腔激光器方面的研究主要使用微米碟結構，其中六邊形微米碟被廣泛研究，這是由于多數寬禁帶，直接帶隙的半導體多為纖鋅礦結構，導致外延生長獲得的微米碟為六棱柱的幾何形態。同時在六邊形諧振腔光學模式研究中，報道的多為六邊形和三角形回音壁模式，例如：六邊形回音壁模式方案(參見[Rui Chen and BoLing,”Room Temperature Excitonic Whispering Gallery Mode Lasing from High-Quality Hexagonal ZnO Microdisks”,Advanced Materials,vol.23,no.19.pp.2199+,2011])以及三角形回音壁模式方案(參見[Kouno T,”Lasing Action on WhisperingGallery Mode of Self-Organized GaN Hexagonal Microdisk Crystal Fabricated byRF-Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy”,Ieee Journal of QuantumElectronics,vol.47,no.12,pp.1565-1570,2011])。通過Wiersig,J.(參見[“Hexagonaldielectric resonators and microcrystal lasers”,Physical Review A,vol.67,no.2,pp.12,2003])的理論研究顯示六邊形回音壁模式光路徑位于諧振腔邊緣，由于光學衍射原理使得光可以從角落出射，但是其品質因子相較于三角形回音壁模式要低很多。另一方面三角形回音壁模式中光的反射區域位于六邊形每個邊的中心，使得內部循環的光很難出射從而降低了激光器的出光效率。因此這兩個問題降低了半導體六邊形微米碟激光器的性能。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種雙三角回音壁光諧振模式的半導體六邊形微米碟激光器，以解決已有方案受限于六邊形回音壁模式低品質因子與三角形回音壁模式難出射的缺點，具有兼顧高品質因子與易出射的優點。

為達到上述目的，本發明提供了一種雙三角回音壁光諧振模式的半導體六邊形微米碟激光器，包括：反射襯底，半導體六邊形微米碟，激光器；其中：所述半導體六邊形微米碟設置在反射襯底上；激光器的出射光垂直于半導體六邊形微米碟表面，且照射在半導體六邊形微米碟的六個邊角之中任意一個邊角處；雙三角回音壁光諧振模式的激光從半導體六邊形微米碟六個側壁之中一個側壁水平出射。