内含硫化银量子点的分布反馈激光器及其制备方法与流程

本发明涉及一种内含硫化银量子点的分布反馈激光器及其制备方法，属于半导体光电子器件的技术领域。

背景技术：

近红外激光器可广泛应用于光通信、遥感和相干等离子体产生等领域。受益于量子限域效应，半导体量子点作为光增益材料展现出了多种优越的性能，例如发射波长随尺寸可调、潜在的低激光阈值和温度不敏感的激光性能。目前，利用分子束外延法制备的近红外量子点激光器已经开始商业应用。相比于外延生长的量子点，胶体量子点具有更小的尺寸和更均一的尺寸分布，因而具有更强的量子限域效应和更窄的发射峰。最常见的近红外发射胶体量子点是铅盐(硫化铅、硒化铅和碲化铅)量子点。它们为岩盐型结构，在布里渊区的l点有4个等效的能带最小值。考虑2重自旋简并，铅盐量子点的最低量子态是8重简并的，平均每个量子点内的激子数要超过4才能实现粒子数反转。这使铅盐量子点的光增益阈值极高，很难实现光增益。目前，迫切需要寻找到一种新型的胶体量子点来实现低阈值的近红外光增益。

近年来，低毒的最低量子态2重简并的硫化银量子点由于在第二近红外窗口具有优异的荧光性质而引起强烈的关注。目前关于硫化银量子点的研究大多聚焦在制备方法以及体内成像，其在激光领域的潜在应用尚未有报道。

分布反馈激光器具有支持单模输出、制备便捷和集成度高等优点。目前，内含胶体量子点的分布反馈激光器大多是通过将内含量子点的有机聚合物薄膜加工成周期光栅制得的。有机聚合物的光热稳定性较差，这影响了激光器的稳定性和寿命。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种内含硫化银量子点的分布反馈激光器及其制备方法，以获得低阈值、高稳定性和环境友好的分布反馈近红外量子点激光器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种内含硫化银量子点的分布反馈激光器，包括依次向上设置的石英基板、内含硫化银量子点的二氧化硅周期光栅。

所述内含硫化银量子点的二氧化硅周期光栅由二氧化硅周期光栅和嵌入该二氧化硅周期光栅中的硫化银量子点组成。

所述硫化银量子点在二氧化硅周期光栅中均匀分布。

所述硫化银量子点作为光增益介质。

一种内含硫化银量子点的分布反馈激光器的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用高温热分解法制备硫化银量子点；

(2)将步骤(1)得到的硫化银量子点分散于甲苯中，再将硫化银量子点的甲苯分散液与全氢聚硅氮烷混合，然后旋涂到石英基板上来获得内含量子点的二氧化硅膜；

(3)利用反应离子刻蚀法将内含硫化银量子点的二氧化硅膜刻蚀成内含硫化银量子点的二氧化硅周期光栅。

有益效果：硫化银量子点为单斜晶相，最低量子态只有2重自旋简并，能够实现低阈值的近红外光增益。

二氧化硅的光热稳定性远高于有机聚合物。全氢聚硅氮烷是一种新型的涂层材料，在大气氛围中能够在室温下转化为无机二氧化硅。旋涂量子点与全氢聚硅氮烷的混合液能够获得高质量的内含量子点的二氧化硅薄膜，为制备高稳定性的分布反馈量子点激光器提供了条件。

本发明利用低毒的最低量子态2重简并的硫化银量子点替代最低量子态8重简并的铅盐量子点，以实现低阈值的近红外光增益。二氧化硅的光热稳定性远高于有机聚合物。用内含硫化银量子点的二氧化硅薄膜制备周期光栅，最终能够获得低阈值、高稳定性和环境友好的分布反馈近红外量子点激光器。

附图说明

图1是硫化银量子点的结构示意图；

图2是内含硫化银量子点的分布反馈激光器的结构示意图。

图中：1-硫化银量子点，2-石英基板，3-内含硫化银量子点的二氧化硅周期光栅。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图2所示，本发明的内含硫化银量子点的分布反馈激光器，包括依次向上设置的石英基板2、内含硫化银量子点的二氧化硅周期光栅3。

内含硫化银量子点的二氧化硅周期光栅3由二氧化硅周期光栅和嵌入该二氧化硅周期光栅中的硫化银量子点1组成。硫化银量子点1在二氧化硅周期光栅中均匀分布。硫化银量子点1如图1所示。硫化银量子点1是光增益介质，低毒的最低量子态只有2重自旋简并的硫化银量子点1能够实现低阈值的近红外光增益。二氧化硅的光热稳定性远高于有机聚合物，将硫化银量子点1嵌入二氧化硅中能够提高内含量子点的分布反馈激光器的稳定性和寿命。得益于内含量子点的二氧化硅周期光栅的布拉格散射，光场在内含硫化银量子点的二氧化硅周期光栅3中振荡和放大。

本发明的内含硫化银量子点的分布反馈激光器的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用高温热分解法制备硫化银量子点；

(2)按1：5的质量比将步骤(1)得到的硫化银量子点分散于甲苯中，再按1：1的质量比将硫化银量子点的甲苯分散液与全氢聚硅氮烷混合，然后旋涂到石英基板上来获得内含量子点的二氧化硅膜；

(3)利用反应离子刻蚀法将内含硫化银量子点的二氧化硅膜刻蚀成内含硫化银量子点的二氧化硅周期光栅。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种内含硫化银量子点的分布反馈激光器及其制备方法，该分布反馈激光器包括依次向上设置的石英基板、内含硫化银量子点的二氧化硅周期光栅。本发明利用低毒的最低量子态2重简并的硫化银量子点替代最低量子态8重简并的铅盐量子点，以实现低阈值的近红外光增益。二氧化硅的光热稳定性远高于有机聚合物。用内含硫化银量子点的二氧化硅薄膜制备周期光栅，最终能够获得低阈值、高稳定性和环境友好的分布反馈近红外量子点激光器。

技术研发人员：廖晨
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2018.10.15
技术公布日：2019.02.15