[發明專利]一種近紅外雙波長輸出的微型表面量子點激光器

有效

• 申請號: 202110045841.4
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112886389B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 王麗;王進;蘇雪瓊;趙鵬翔;呂青鴻
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S5/34
• 分類號: H01S5/34;H01S5/347;H01S5/187
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種近紅外雙波長輸出的微型表面量子點激光器，屬于基于雙層核殼量子點的微型激光器領域。將高量子產率的近紅外核殼量子點雙層核殼量子點CdTe@CdSe@ZnS滴涂于對近紅外波段具有高反射率的DBR表面，使得量子點熒光波長與DBR反射波段相匹配，構成諧振腔型，實行量子點熒光的增益反饋，最終實現激光輸出。

技術領域

本發明屬于基于雙層殼核殼量子點的微型激光器領域，具體涉及以單面分布式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflection，DBR)為諧振腔，以雙層殼核殼量子點CdTe@CdSe@ZnS為增益介質構成的表面量子點微型激光器，實現近紅外的雙波長激光輸出。

背景技術

激光器的小型化、一體化，低成本一直是近幾年激光器追求的熱點方向，在生物醫療，高清成像和精密加工等方面有著廣泛的應用。但是激光的輸出受限于諧振腔對于增益介質形成的增益反饋。因此諧振腔的精密構建，與增益介質的嚴格匹配都對激光器的微型化和穩定性增加了困難。易于成膜的高發光效率的核殼量子點和集成一體的DBR對于激光器微型化起到了至關重要的作用。核殼量子點由于其良好的光穩定性和高光致發光量子產率而被認為是理想的增益介質，其化學制造過程高效且低廉，熒光發射寬光譜可調諧。近些年發展的核殼量子點，可以有效鈍化了量子點表面的缺陷，進一步提高了發光效率。同時，利用水相合成的方式，采用諸如ZnS這類生物友好的材料包覆量子點表面，使得量子點具有生物友好的特點，擴展了其在生物醫療等方面的應用。集成一體的DBR作為反饋腔用于微型激光器具有獨特的優勢，提供了更為簡單高效的反饋增益方式，具有波段選擇的特性，可以很好匹配增益介質的熒光波段，同時具有很好的熱穩定性和低廉的制造成本。

要實現近紅外輸出的微型表面量子點激光器需要達到以下要求：需要高熒光產率的增益介質，可通過激發光激發實現高強度的近紅外輸出，增益介質且為液體易于成膜，需要DBR微型腔的反射波段與量子點的熒光波段匹配，實現對增益介質的增益反饋。設計思路：1、利用回流共沉淀方法制備CdTeSe量子點核心。2、利用水相合成方法制備CdTe@CdSe@ZnS核殼量子點，實現量子點熒光波長的調制同時提高其量子產率。3、利用磁控濺射技術在深紫外石英玻璃上，將二氧化硅、二氧化鈦以交替層疊排列方式組成周期結構，實現近紅外波段的高反射率，與量子點熒光波段匹配，實現激光器的增益輸出。4、將量子點在密閉環境下反復滴涂在DBR表面，構成微型表面量子點激光器。

發明內容

本發明目的是發明一種微型化集成一體的近紅外激光輸出量子點激光器及其制備方法。

一種微型集成化的量子點激光器，將高量子產率的近紅外核殼量子點滴涂于對近紅外波段具有高反射率的DBR表面，使得量子點熒光波長與DBR反射波段相匹配，構成諧振腔型，實行量子點熒光的增益反饋，最終實現激光輸出。

為實現上述目的本發明的一種近紅外雙波長輸出的微型表面量子點激光器，其特征在于，在深紫外石英基底(1)上，磁控濺射有層疊交替的二氧化硅層(2)、二氧化鈦層(3)周期結構，相鄰兩層的二氧化硅層、二氧化鈦層記為一對，則深紫外石英基底上設有3-20對二氧化硅層、二氧化鈦層，與深紫外石英基底直接接觸的為二氧化硅層或二氧化鈦層，周期結構的最上層有一層雙層殼核殼量子點CdTe@CdSe@ZnS層(4)。

所述的CdTe@CdSe@ZnS雙層殼核殼量子點為：是以CdTe為納米晶體核心、以CdSe為中間殼層、以ZnS最外層外殼的雙層殼核殼結構。量子點在三個維度的尺寸均小于10nm。

每一層二氧化硅層(2)或二氧化鈦層(3)的厚度均為10-160nm。

微型集成化的量子點激光器制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)CdTe核心的制備：