[發(fā)明專利]一種二維鈣鈦礦拓撲光子晶體激光器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310174090.5
• 申請日: 2023-02-28
• 公開（公告）號: CN116345303A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李國輝;趙淑敏;冀婷;崔艷霞
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10;H01S5/11;H01S5/20;H01S5/30
• 代理公司: 太原晉科知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳;趙江艷

本發(fā)明屬于納米激光技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種二維鈣鈦礦拓撲光子晶體激光器，包括二維鈣鈦礦薄膜，所述二維鈣鈦礦薄膜上以三角形的疇壁為界，內(nèi)部和外部分別設(shè)置有第一能谷光子晶體和第二能谷光子晶體形成激光腔，所述第一能谷光子晶體包括多個第一六邊形空氣孔，所述第二能谷光子晶體包括多個第二六邊形空氣孔，所述第一六邊形空氣孔和第二六邊形空氣孔的中心呈三角晶格狀排列，且第一六邊形空氣孔和第二六邊形空氣孔的方向相反，使第一能谷光子晶體和第二能谷光子晶體拓撲性質(zhì)相反。本發(fā)明不僅具有高Q值，而且對缺陷或雜質(zhì)具有魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種“缺陷免疫”的二維鈣鈦礦拓撲光子晶體激光器。

背景技術(shù)

近年來，鈣鈦礦材料已成為發(fā)光器件領(lǐng)域極具競爭力的材料。三維鈣鈦礦材料的環(huán)境穩(wěn)定性較差，在紫外照射、高溫和水環(huán)境中易分解，進而導致發(fā)光器件的性能大幅度降低。在鈣鈦礦組成成分中引入大型疏水型有機陽離子，可形成具有優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性的二維鈣鈦礦。相較于三維鈣鈦礦，新型二維鈣鈦礦的優(yōu)勢包括可溶液法制備、優(yōu)異的成膜性、優(yōu)異的光穩(wěn)定性、超低的自摻雜行為、低缺陷密度和顯著降低的離子遷移效應等突出的光學性能。二維鈣鈦礦除了通過調(diào)節(jié)層數(shù)可調(diào)控發(fā)光波長，還可以通過調(diào)節(jié)組分實現(xiàn)對發(fā)光波長更大范圍的調(diào)控。

光子晶體是一種具有光子帶隙特征的人工微納結(jié)構(gòu)。根據(jù)光子晶體空間結(jié)構(gòu)分布的周期性和帶隙特性，可將其分為一維光子晶體、二維光子晶體、三維光子晶體。相較于一維光子晶體，二維光子晶體可調(diào)控的物理量更為豐富，同時可以使用目前成熟的半導體微納加工技術(shù)加工；相較于復雜的三維光子晶體，二維光子晶體器件實驗制備相對簡單。將二維光子晶體結(jié)構(gòu)引入半導體激光器，其折射率在平面內(nèi)的兩個不同方向上周期排列，與該平面垂直的方向則是均勻的。利用二維光子晶體的禁帶效應、光局域特性，可以從平面兩個方向?qū)膺M行限制，有助于構(gòu)建高品質(zhì)因子(Q)的諧振腔。

鈣鈦礦光子晶體激光器展現(xiàn)出了Q值高、模式體積小、閾值低等優(yōu)勢。2017年，德國伍珀塔爾大學Pourdavoud等（參見Pourdavoud?N,?Wang?S,?Mayer?A,?et?al.?Photonicnanostructures?patterned?by?thermal?nanoimprint?directly?into?organo-metalhalide?perovskites.?Advanced?Materials,?2017,?29(12):?1605003.）利用熱納米壓印技術(shù)在MAPbI₃鈣鈦礦薄膜上加工出周期為450?nm，厚度為230?nm的空氣柱，形成二維光子晶體激光腔，通過光子帶隙模式實現(xiàn)了脈沖能量密度為3.8?μJ/cm^-2的低閾值激光。2019年，Diguna等（參見Diguna?L?J,?Hardhienata?H,?Birowosuto?M?D.?Design?of?perovskitephotonic?crystals?for?emission?control.?Journal?of?Physics:?ConferenceSeries,?2019,?1170(1):?012003）基于MAPbI₃鈣鈦礦材料研究了二維光子晶體激光器的發(fā)射控制，該激光腔中光子晶體晶格常數(shù)為360?nm，空氣孔半徑為108?nm，平均厚度為198nm。該結(jié)構(gòu)在779?nm波長模式下，Purcell因子可達到199.6，Q值為1560。

目前鈣鈦礦光子晶體激光器的結(jié)構(gòu)尺度為微米或納米尺度，激光腔在加工過程中的缺陷、雜質(zhì)等會大大影響激光器的光學性能。因此，需要對光子晶體激光器的結(jié)構(gòu)進行改進，提高其抗缺陷能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)中光子晶體激光器存在的不足，所要解決的技術(shù)問題為：提供一種高Q值、對缺陷或雜質(zhì)免疫的二維鈣鈦礦拓撲光子晶體激光器。