專利名稱：一種雙通道輸出的螺旋環(huán)形微腔激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬集成光學(xué)器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙通道輸出的螺旋環(huán)形微腔激光器。
技術(shù)背景近10-20年來(lái)，基于回音壁模式(Whispering-Gallery Modes,以下簡(jiǎn)稱WGM)的光學(xué)微腔 作為一種新型的集成光學(xué)器件，受到研究者的廣泛重視。光學(xué)微腔就是指光學(xué)微諧振腔， 即幾何尺度可以與光波長(zhǎng)比擬并且具有高品質(zhì)因子的諧振腔。WGM光學(xué)微腔利用了光在 微腔邊界上的全反射形成限制作用，不僅能將光場(chǎng)很好地約束在微米量級(jí)，還可以從空間 電磁場(chǎng)的連續(xù)模式中產(chǎn)生少數(shù)幾個(gè)離散的光學(xué)模式。WGM微腔的優(yōu)點(diǎn)是腔內(nèi)光子壽命長(zhǎng)， 損耗低，品質(zhì)因子(Q)高。因此，WGM光學(xué)微腔器件被認(rèn)為在基礎(chǔ)物理、非線性光學(xué)、 光通信、光學(xué)傳感等眾多領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。但是因?yàn)槠胀ǖ腤GM光學(xué)微腔 的形狀為圓形，激光只能沿著圓的切線方向向外出射，因而出射激光的方向性很差。而且 只有很少的能量可以耦合出來(lái)。近年來(lái)，為了得到方向性出射的激光，人們對(duì)于變形的微 腔進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。通過(guò)改變微腔的形狀，使光在曲率比較高的區(qū)域出射，形成方向 性的激光出射。這類激光諧振腔的典型代表就是三角形微腔，方形微腔，六角形微腔，橢 圓微腔，以及體育場(chǎng)型微腔。上述的各種變形微腔雖然能夠得到方向性的出射，作為光通信器件或者集成光學(xué)器件 而言還不夠好，因?yàn)樗鼈兊某錾浼す獾姆较蚝芏喽也蝗菀缀推渌墓鈱W(xué)器件進(jìn)行對(duì)接。 2003年，耶魯大學(xué)Grace Chern報(bào)導(dǎo)了一種螺旋型的微腔，這種微腔完全打破了對(duì)稱性， 并且具有單方向出射，非常適合與其它光學(xué)元件耦合，例如光波導(dǎo)，光柵，其余放大或者 調(diào)制的器件。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種雙通道輸出的螺旋環(huán)形微腔激光器。 本發(fā)明提出的雙通道輸出的螺旋環(huán)形微腔激光器，由如下部分依次連接組成螺旋環(huán)形微腔l，輸出波導(dǎo)2和另一輸出波導(dǎo)3，如圖1所示。本發(fā)明中，螺旋環(huán)形微腔激光器的材料可以為半導(dǎo)體或其他有機(jī)、無(wú)機(jī)材料。本發(fā)明中，螺旋環(huán)形微腔1的外圈輪廓由以下數(shù)學(xué)表達(dá)式所示r((j)戶ro(l+s.())/2兀)，式 中ro是初始半徑，s是偏離度，小是角度，也就是外圈輪廓呈螺旋線型分布。內(nèi)圈是一個(gè)圓 形孔，大小可以根據(jù)需要進(jìn)行控制。在外圈缺口處，分別連接兩根波導(dǎo)2、 3。光在螺旋環(huán)形微腔l內(nèi)沿外圈輪廓通過(guò)全反射進(jìn)行傳播，當(dāng)激光器在電或光泵浦下達(dá)到激射條件后， 在腔內(nèi)形成回音壁模式激光， 一部分能量的激光通過(guò)輸出波導(dǎo)2、 3，形成方向性出射。不 同波長(zhǎng)的激光在螺旋環(huán)形微腔l的路徑不同，因此，從波導(dǎo)2、 3輸出的激光的波長(zhǎng)是不一 樣的。本發(fā)明中，螺旋環(huán)形微腔尺寸為50微米到200微米。兩根輸出波導(dǎo)可以是直波導(dǎo)， 也可以是彎曲波導(dǎo)。該激光器的輸出方向性強(qiáng)，品質(zhì)因子高，可在兩個(gè)方向上輸出不同的波長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可 作為集成光學(xué)芯片中的光源，特別適合作為紫外光或者深紫外光的微型激光器的結(jié)構(gòu)。


圖1是雙通道輸出的螺旋環(huán)形微腔激光器示意圖。圖2是有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合雙通道輸出的螺旋環(huán)形微腔激光器的顯微鏡形貌圖。 圖3是有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合雙通道輸出的螺旋環(huán)形微腔激光器的遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度分布圖。 圖4是波導(dǎo)2輸出光譜圖。 圖5是波導(dǎo)3輸出光譜圖。圖中標(biāo)號(hào)1.螺旋環(huán)形微腔,2.輸出波導(dǎo),3.另一輸出波導(dǎo)。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)例進(jìn)一步描述本發(fā)明實(shí)例用來(lái)制備微腔激光器的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料是由甲基丙烯酸丙脂基三甲氧基硅烷 (MAPTMS)、甲基丙烯酸(MAA)和丙氧基鋯垸(Zr(OC3H7)4)三種材料經(jīng)水解聚合而 成。復(fù)合材料的無(wú)機(jī)網(wǎng)格是由MAPTMS的無(wú)機(jī)部分和Zr(OC3H7)4通過(guò)水解聚合形成的二 氧化硅和二氧化鋯網(wǎng)格組成，Zr(OC3H7)4的加入可以控制材料的折射率。MAPTMS的有機(jī) 部分通過(guò)加入光引發(fā)劑在紫外光照下聚合或與MAA聚合，形成復(fù)合材料的有機(jī)網(wǎng)格部分。利用溶膠-凝膠法配制該有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料溶液，并在其中摻雜一定比例的有機(jī)熒光染 料若丹明B (RhB)作為激光的增益介質(zhì)；其次，利用旋涂甩膜法和紫外光刻工藝在具有 厚二氧化硅層的硅片上制備微腔激光器。微腔激光器采用光泵浦，泵浦光為Nd:YAG皮秒激光的倍頻綠光(波長(zhǎng)為532 nm)， 并通過(guò)一個(gè)聚焦透鏡，垂直地照射在微腔上。在微腔的側(cè)面，用一個(gè)收集透鏡收集出射激 光，通過(guò)光纖束將光信號(hào)送到單色儀進(jìn)行光譜分析。并且，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)來(lái)測(cè)量不 同方向的激光出射強(qiáng)度和光譜。圖2表示的是初始半徑為100微米的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合雙通道輸出的螺旋環(huán)形微腔激光器 的顯微鏡形貌圖。圖3所示的是有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合雙通道輸出的螺旋環(huán)形微腔激光器的遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度分布圖。從 圖上可知，激光分別從波導(dǎo)2和3輸出，具有很好的方向性出射。圖4和圖5分別表示的是在同一個(gè)泵浦條件下，從輸出波導(dǎo)2和另一輸出3輸出的光 譜圖。從圖上可知，輸出波導(dǎo)2和另一輸出波導(dǎo)3輸出的波長(zhǎng)是不一樣的。
權(quán)利要求
1、一種雙通道輸出的螺旋環(huán)形微腔激光器，其特征在于由如下部分連接組成螺旋環(huán)形微腔和兩根輸出波導(dǎo)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙通道輸出的螺旋環(huán)形微腔激光器，其特征在于微腔激光 器的材料是半導(dǎo)體或有機(jī)、無(wú)機(jī)材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙通道輸出的螺旋環(huán)形微腔激光器，其特征在于螺旋環(huán)形微腔(1)的外圈輪廓由以下數(shù)學(xué)表達(dá)式所示r(f>=r()(l+S.(j)/27i)，式中ro是初始半徑，s是 偏離度，小是角度，也就是外圈輪廓呈螺旋線型分布，內(nèi)圈是一個(gè)圓形孔。
全文摘要
本發(fā)明屬于集成光學(xué)器件技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種雙通道輸出的螺旋環(huán)形微腔激光器。由一個(gè)螺旋環(huán)形微腔和兩個(gè)輸出波導(dǎo)組成。該激光器的輸出方向性強(qiáng)，品質(zhì)因子高，可在兩個(gè)方向上輸出不同的波長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可作為集成光學(xué)芯片中的光源，特別適合作為紫外光或者深紫外光的微型激光器的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L27/15GK101257188SQ20081003403
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日
發(fā)明者劉麗英, 翔 吳, 雷 徐, 皓 李 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)