专利名称：半导体纳米线和微光纤复合结构微激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体、微光学元件、系统，尤其涉及一种基于半导体纳米线 和微光纤环形结形成的复合结构微激光器。
背景技术：
基于ZnO、 CdS、 GaN等半导体纳米线的激光器近年来引起了研究者的广 泛关注。目前用来实现激光器的激光振荡的谐振腔主要有F-P腔、赝环形腔等。 在这些研究中，半导体纳米线不仅作为增益介质，而且是激光谐振腔的主体。 由于纳米线的直径较小和衬底的存在，在纳米线结构外面的倏逝波会从纳米线 的边缘扩散出去或扩散到衬底中，从而引起较强的损耗，限制谐振腔的品质因 子，增加激光器的阈值。对于半导体纳米线激光器，研究中还有一个难题就是 难以获得高效的光输入输出耦合，这也是限制其获得更广泛应用的一个方面。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种半导体纳米线和微光纤 复合结构微激光器，本发明利用微米直径光纤获得环形结谐振腔，将半导体纳 米线贴在环形结上作为增益介质，通过光泵谱获得激光。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是 一种半导体纳米线和微光纤复 合结构微激光器，它主要由两根光纤和1 5根半导体纳米线制成；第一根光纤 的一端拉细成直径为1.5 4nm的微光纤，在显微镜下打成直径为500 100(^m 的环形结；半导体纳米线贴在该环形结上，第二根光纤拉制成拉锥光纤，拉锥 光纤的锥形端与微光纤耦合。
本发明的有益效果是本发明的半导体纳米线和微光纤复合结构微激光器 具有低的阈值和窄的线宽，易于控制和调节，光信号易于输入输出，可以通过 改变半导体材料的种类调节激光的波长，通过优化复合结构中纳米线直径、微 光纤直径、耦合区状态等来降低阈值。
图1中，(a)为本发明微激光器贴一根半导体纳米线的扫描电镜照片，(b) 为本发明微激光器贴三根半导体纳米线的扫描电镜照片，(c)是本发明微激光
器的结构原理示意图。
图2中，(a)是由一根ZnO纳米线和氧化硅微光纤形成的复合结构微激光 器在不同强度脉冲光泵谱下的输出光谱图，(b)泵谱光功率为0.212^J/单脉冲时 输出信号光的高分辨光谱，(c)泵谱光功率为0.840)iJ/单脉冲时输出信号光的高 分辨光谱。
图3是由一根ZnO纳米线和氧化硅微光纤形成的复合结构微激光器的输出 光强度随泵谱光强度的变化曲线；
图4中，(a)是由三根ZnO纳米线和微光纤形成的复合结构微激光器的输 出光强度随泵谱光强度的变化曲线，(b)是典型激光光谱图。
图5中，(a)是由多根CdS纳米线和微光纤形成的复合结构微激光器的贴 线区的扫描电镜照片，(b)是该复合结构微激光器输出光强度随泵谱光强度的 变化曲线。
具体实施例方式
本发明的半导体纳米线和微光纤复合结构微激光器主要由两根光纤和1 5 根半导体纳米线制成，第一根光纤的一端拉细成直径为1.5 4拜的微光纤，在 显微镜下打成直径为500 1000|im的环形结，半导体纳米线贴在该环形结上， 第二根光纤拉制成拉锥光纤，锥形端与微光纤耦合。
所述光纤的材料可以是普通单模光纤或纯石英多模光纤。所述半导体纳米 线直径小于l |im,其材料可以是ZnO、 GaN、 CdS、 GaSb、 CdSe、 ZnS等半导体。
光信号从第一根光纤输入，微光纤外的倏逝波激发半导体纳米线发出荧光， 当荧光在环形结内形成共振并且输入光的功率大于阈值时，微激光器发出激光， 通过半导体纳米线和微光纤之间的倏逝波耦合，可以将荧光或激光重新耦合进 微光纤，第二根拉锥光纤输出光信号。
下面根据附图和实施例详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加 明显。实施例1
如图1所示，使用纯石英多模光纤，高温拉伸法制备出直径约为1.8pm微 光纤，在光学显微镜下将光纤打成环形结，环形结直径78(Him，输入波长355nm 脉宽6ns的脉冲光激发，将一根直径350nm长25|im的ZnO纳米线贴在环形结 上，然后用另外一根拉锥光纤耦合输出信号光。如图2所示，它的线宽0.04nm， 计算得Q值约104。自由光谱范围0.04nm，计算得到环直径约780pm，和测量 得到的环直径是一致的，两者之间的稍微差别有可能是ZnO纳米线的影响引起 的，因为计算过程中未考虑贴在微光纤上的纳米线对微光纤的折射率的影响。 激光器输出光的强度随泵谱光强度的变化曲线如图3所示，该激光器的阈值为 0.13nJ/每脉冲。在阈值附近有很明显的斜率变化，阈值以上输出光强度随泵谱 光强度变化呈现很好的线性关系。其材料可以是ZnO、 GaN、 CdS、 GaSb、 CdSe、 ZnS等半导体。
实施例2
使用纯石英多模光纤，高温拉伸法制备出直径约为3.5pm微光纤，在光学 显微镜下将光纤打成环形结，环形结直径728,,输入波长355nm脉宽6ns的 脉冲光激发，将三根直径分别为500nm， 480nm和600nm的ZnO纳米线贴在环 形结上，然后用另外一根拉锥光纤耦合输出信号光。图4 (a)显示的是激光器 输出光强度随泵谱光强度的变化曲线，该激光器的阈值为0.026^J/每脉冲。在阈 值附近有很明显的斜率变化，阈值以上输出强度随泵谱光强变化呈现很好的线 性关系。图4 (b)为该激光器的激光光谱。其材料可以是ZnO、 GaN、 CdS、 GaSb、 CdSe、 ZnS等半导体。
实施例3
使用普通单模光纤，高温拉伸法制备出直径约为2.7|im微光纤，在光学显 微镜下将光纤打成环形结，环形结直径860(jm，输入波长450nm脉宽0.5ns的 脉冲光激发，将直径从220nm到340nm之间的多根CdS纳米线贴在环形结上， 然后用另外一根拉锥光纤耦合输出信号光，在光谱仪上进行检测。图5 (a)显 示的是贴线区的扫描电镜照片。图5 (b)显示的是激光器输出光强度随泵谱光 强度的变化曲线，该激光器的阈值为0.026W海脉冲。在阈值附近有很明显的斜 率变化，阈值以上输出光强度随泵谱光强变化呈现很好的线性关系。其材料可 以是ZnO、 GaN、 CdS、 GaSb、 CdSe、 ZnS等半导体。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发 明的保护范围。
权利要求
1、一种半导体纳米线和微光纤复合结构微激光器，其特征在于，它主要由两根光纤和1～5根半导体纳米线制成。第一根光纤的一端拉细成直径为1.5～4μm的微光纤，在显微镜下打成直径为500～1000μm的环形结。半导体纳米线贴在该环形结上。第二根光纤拉制成拉锥光纤，拉锥光纤的锥形端与微光纤耦合。
2、 根据权利要求1所述半导体纳米线和微光纤复合结构微激光器，其特征在 于，所述光纤可以是普通单模光纤或纯石英多模光纤。 "
3、 根据权利要求1所述半导体纳米线和微光纤复合结构微激光器，其特征在 于，所述半导体纳米线直径'小于1 |im。
4、 根据权利要求1所述半导体纳米线和微光纤复合结构微激光器，其特征在 于，所述半导体纳米线的材料可以是ZnO、 GaN、 CdS、 GaSb、 CdSe、 ZnS 等半导体。
全文摘要
本发明公开了一种半导体纳米线和微光纤复合结构微激光器。将光纤拉细到微米量级，在显微镜下操纵微光纤形成环形结，然后将半导体纳米线贴在环形结上形成复合结构。利用微光纤外部的倏逝波激发半导体纳米线荧光，当荧光在环形结内形成谐振并且泵谱光强度超过阈值时就会有激光产生。泵谱光从形成环形结的拉锥光纤未拉细的一端输入，经过环形结后，利用倏逝波耦合的方式通过另外一根拉锥光纤输出。本发明的激光器结合了半导体纳米线增益高和氧化硅微纳光纤损耗低的优点，同时由于信号的输入输出是利用普通光纤拉锥形成的微光纤进行的，因此容易获得高的而且稳定的输入输出耦合。
文档编号H01S3/06GK101453096SQ20081016418
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者姜校顺, 青 杨, 童利民 申请人:浙江大学