本發(fā)明涉及納米尺度激光器的制備方法，尤其是涉及一種平面內(nèi)納米尺度激光器陣列的制備方法。

背景技術(shù)：

鈣鈦礦cspbx3(x＝cl,br,i,)納米結(jié)構(gòu)，由于其優(yōu)異的光電特性，在發(fā)光二極管，激光器以及光探測器等領(lǐng)域都被廣泛的應用和研究?，F(xiàn)有大多采用溶液法獲得cspbx3量子點，納米片以及納米線等，但該方法獲得的鈣鈦礦納米線，排序雜亂不規(guī)則，結(jié)晶性較差，由此形成的納米尺度激光器性能不穩(wěn)定。

傳統(tǒng)的化學氣相沉積法，通常被用來合成高質(zhì)量的納米結(jié)構(gòu)材料，這為合成高質(zhì)量的鈣鈦礦納米結(jié)構(gòu)提供了新的思路。最近，研究者們利用氣相法實現(xiàn)了高質(zhì)量鈣鈦礦納米結(jié)構(gòu)，例如單晶的納米片，納米線的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及納米棒等，但到目前為止，仍然沒有很好的方法實現(xiàn)鈣鈦礦納米在平面內(nèi)大面積定向排列生長。半導體納米線的平面內(nèi)定向排列生長對于高密度的光子學集成器件的發(fā)展具有非常大的意義，因此，如何實現(xiàn)鈣鈦礦納米線平面內(nèi)的可控定向排列生長，是目前行業(yè)內(nèi)急需解決的技術(shù)難題之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種納米尺度激光器陣列的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)方法獲得的納米尺度激光器光源無法進行大規(guī)模高密度光子學集成的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種納米尺度激光器陣列的制備方法，包括以下步驟：

s1：在含氧氣氛中，將m-plane藍寶石在1400℃下退火8-10小時，經(jīng)退火處理后的m-plane藍寶石表面形成一組平面內(nèi)定向并排排列的“v”字型溝道，退火完成后取出清洗干凈，在保護氣氛下干燥，得到備用的m-plane藍寶石襯底；

s2：將csx粉末和pbx2粉末按1～2:1混合后放置于瓷舟ⅰ中，然后將瓷舟放置于帶有進氣口和出氣口的水平管式爐的中央高溫區(qū)；

將已經(jīng)退火處理過的m-plane藍寶石放置于瓷舟ⅱ上，并將瓷舟ⅱ置于管式爐內(nèi)的下游；當瓷舟ⅰ、瓷舟ⅱ按設定位置放置于水平管式爐內(nèi)后，抽真空，然后通入載氣；升溫至瓷舟ⅰ的加熱溫度為560-630℃、瓷舟ⅱ的加熱溫度為330-400℃；恒溫30-40min，載氣攜帶csx和pbx2蒸氣在m-plane藍寶石的“v”字型溝道上沉積，形成化學式為cspbx3，直徑為200～800nm、長度為10～80μm的平面內(nèi)定向排列的鈣鈦礦單晶納米線；恒溫時，控制爐內(nèi)氣壓為250-300torr；氣體流速控制在60-80sccm；

s3：選取步驟s2所制備的平面內(nèi)定向排列的鈣鈦礦單晶納米線作為增益介質(zhì)和諧振腔，用波長為470nm，重復頻率為1khz的脈沖光作為泵浦光源激發(fā)平面內(nèi)定向排列的鈣鈦礦單晶納米線，得到納米激光器陣列。

優(yōu)選的，所述x為cl、br、i中的一種。

進一步的，當x為br時，步驟s2中，瓷舟ⅰ的加熱溫度為600-620℃，瓷舟ⅱ的加熱溫度為370-400℃；保溫30-40min；保溫時，控制爐內(nèi)氣壓為280-300torr；當x為i時，步驟s2中，瓷舟ⅰ的加熱溫度為560-580℃，瓷舟ⅱ的加熱溫度為330-360℃；保溫30min；保溫時，控制爐內(nèi)氣壓為250-280torr。

優(yōu)選的，所述csx粉末為純度≥99.999％的全無機csx；所述pbx2為純度≥99.999％的全無機pbx2。

優(yōu)選的，所述含氧氣氛為空氣氣氛；所述載氣為氮氣。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明以平面內(nèi)定向排列的鈣鈦礦納米線作為增益介質(zhì)和諧振腔，成功地制備出了納米尺度的激光器陣列；有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)的納米尺度光源無法進行大規(guī)模高密度光子學集成的難題。

本發(fā)明以全無機csx和全無機pbx2粉作為原料，以退火后的m-plane藍寶石為材料沉積的襯底，全無機csx和全無機pbx2具備化學性質(zhì)穩(wěn)定的特點，m-plane藍寶石表面不穩(wěn)定，在高溫退火下，會形成“v”字形溝槽，引導平面內(nèi)定向排列鈣鈦礦納米線的形成。采用化學氣相沉積法制得平面內(nèi)定向排列的單晶鈣鈦礦cspbx3納米線，系統(tǒng)中的載汽首先在形成“v”字形的溝道的m-plane藍寶石襯底上反應成核，由于溝道應力和圖形外延的作用，使得納米線沿著溝道的方向生長，最終形成大面積定向排列的單晶鈣鈦礦納米線。該方法可控性較強，解決了現(xiàn)有鈣鈦礦納米材料制備過程中無法實現(xiàn)大面積定向排列生長的問題。

本發(fā)明用定向排列的鈣鈦礦納米線作為增益介質(zhì)和諧振腔，化學式為cspbx3(x＝cl,br,i,)，這種全無機的鈣鈦礦納米材料具有較高的光吸收和發(fā)射效率以及較好的熱穩(wěn)定性，在波長470nm，重復頻率為1khz的脈沖光的激發(fā)下，容易形成的低閾值高品質(zhì)因數(shù)的納米激光器。本發(fā)明通過合理的選材以及嚴格的實驗參數(shù)控制成功制備出了直徑為200～800nm、長度為10～80μm的大面積平面內(nèi)定向排列的cspbx3納米線，這為制備出納米尺度的激光器陣列提供了先決條件，利用本發(fā)明制備的納米激光器可以形成大面積的定向排列、易于集成的納米尺度光源。

以下將結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明進行較為詳細的說明。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明所用設備及其工作示意圖。

附圖2為本發(fā)明平面內(nèi)定向排列鈣鈦礦納米線的制備過稱示意圖；附圖2由附圖2(a)、附圖2(b)、附圖2(c)、附圖2(d)、附圖2(e)、附圖2(f)組成。

附圖3為本發(fā)明平面內(nèi)定向排列鈣鈦礦納米線的掃描電鏡(sem)圖片；其由附圖3(a)、附圖3(b)、附圖3(c)組成；其中：

附圖3(a)為生長時間5分鐘時對應的鈣鈦礦納米線的sem圖片，插圖為單根納米線的高倍顯微照片；

附圖3(b)為生長時間10分鐘時對應的鈣鈦礦納米線的sem圖片，插圖為單根納米線的高倍顯微照片；

附圖3(c)為生長時間30分鐘時對應的鈣鈦礦納米線的sem圖片。

附圖4由附圖4(a)、附圖4(b)組成，其中：

附圖4(a)為平面內(nèi)定向排列的鈣鈦礦納米線的高倍sem圖片；

附圖4(b)為對應附圖4(a)中星星標記的點的元素能譜，插圖為納米線中元素的分布。

附圖5為本發(fā)明制備的納米線的x射線衍射圖譜。

附圖6為本發(fā)明制備的cspbbr3納米線的納米尺度激光器陣列；附圖6由附圖6(a)、附圖6(b)、附圖6(c)、附圖6(d)、附圖6(e)組成；其中：

附圖6(a)為制備納米激光器陣列對應的平面內(nèi)定向排列的cspbbr3納米線的sem圖片；

附圖6(b)為本發(fā)明制備的納米尺度激光器陣列光學顯微鏡照片；

附圖6(c)為本發(fā)明制備的納米尺度激光器的光譜隨激發(fā)能量的變化；

附圖6(d)為本發(fā)明制備的納米尺度激光器的光譜的積分強度隨泵浦能量的變化；

附圖6(e)為本發(fā)明制備的納米尺度激光器的模式半高寬以及對應的諧振腔的品質(zhì)因數(shù)。

附圖7為本發(fā)明制備的cspbi3納米線的納米尺度激光器陣列；附圖7由附圖7(a)、附圖7(b)、附圖7(c)、附圖7(d)組成；其中：

附圖7(a)為制備納米激光器陣列對應的平面內(nèi)定向排列的cspbi3納米線的光學顯微鏡照片；

附圖7(b)為本發(fā)明制備的納米尺度激光器陣列光學顯微鏡照片；

附圖7(c)為本發(fā)明制備的納米尺度激光器的光譜隨激發(fā)能量的變化，插圖為激光的模式半高寬以及對應的諧振腔的品質(zhì)因數(shù)；

附圖7(d)為本發(fā)明制備的納米尺度激光器的光譜的積分強度隨泵浦能量的變化。

具體實施方式

實施例1，如圖1至7所示，制備平面內(nèi)定向排列的cspbbr3納米尺度激光器陣列的方法，將m-plane藍寶石(如附圖2a所示)在1400℃下退火10小時，然后分別用丙酮，異丙醇，去離子水超聲清洗10分鐘，最后在氮氣氛圍中干燥后，表面形成“v”字形的溝道。如附圖2(b)所示。

將csbr和pbbr2粉末按1:1混合后放置于1號瓷舟中，然后將瓷舟放置于管式爐的中間溫區(qū)，將已經(jīng)退火處理過的m面藍寶石放置于2號瓷舟中，并置于下游低溫區(qū)。如附圖1所示，抽真空，通入高純氮氣一方面排盡系統(tǒng)的氧氣，一方面作為載氣，將管式爐升溫到620℃，保持管式爐中的壓強為250-300torr，載氣將cs蒸汽、pb蒸汽、br蒸汽送至有v字形溝道的藍寶石襯底上反應30分鐘，得到化學式為cspbbr3，直徑為200～800nm、長度為10～80μm平面內(nèi)定向排列的鈣鈦礦納米線結(jié)構(gòu)。附圖3不同生長時間得到的沿溝道方向定向排列的不同長度的cspbbr3納米線的sem圖片，與附圖2(c)-(e)過程對應。

附圖4是cspbbr3納米線的sem圖片以及對應的單根納米線的能譜，可以得出cs、pb、br三種元素的比例近似1:1:3；附圖5是cspbbr3納米線的xrd譜，結(jié)果與單斜結(jié)構(gòu)的cspbbr3的標準卡片的xrd譜是一致的。附圖6是納米尺度激光陣列，其中6(a)是用來做納米尺度激光陣列所對應的的sem圖片，6(b)是在波長470nm，重復頻率為1khz的脈沖光激發(fā)下，cspbbr3納米線的發(fā)光照片(激發(fā)能量密度高于產(chǎn)生激光的閾值強度)，可以看到納米線的兩端有非常亮的光斑輸出，說明cspbbr3納米線作為增益介質(zhì)和諧振腔已經(jīng)產(chǎn)生了激光；圖6(c)是不同激發(fā)能量密度下，從納米線的一端收集到的光譜信號，當激發(fā)能量密度大于13.1μj/cm²時，納米線端部輸出波長為～535nm綠光波段的多模激光；圖6(d)是對應的光譜的積分強度隨激發(fā)能量密度的變化，可以得出該納米尺度激光器陣列的閾值為～13μj/cm²；圖6(e)是激射光譜的主模式，對應的半高寬為0.2nm，可以計算出該納米尺度激光器陣列的品質(zhì)因數(shù)約為q～2675。

實施例2

一種制備平面內(nèi)定向排列的cspbi3納米尺度激光器陣列的方法，如圖1至7所示，將m-plane藍寶石(如附圖2a所示)在1400℃下退火10小時，然后分別用丙酮，異丙醇，去離子水超聲清洗10分鐘，最后在氮氣氛圍中干燥后，表面形成“v”字形的溝道。如附圖2(b)所示。

將csi和pbi2粉末按2:1混合后放置于1號瓷舟中，然后將瓷舟放置于管式爐的中間溫區(qū)，將已經(jīng)退火處理過的m面藍寶石放置于2號瓷舟中，并置于下游低溫區(qū)。如附圖1所示，抽真空，通入高純氮氣一方面排盡系統(tǒng)的氧氣，一方面作為載氣，將管式爐升溫到560℃，保持管式爐中的壓強為250-280torr，載氣將cs蒸汽、pb蒸汽、i蒸汽送至有v字形溝道的藍寶石襯底上反應30分鐘，得到化學式為cspbi3，直徑為200～800nm、長度為10～80μm在平面內(nèi)定向排列的鈣鈦礦納米線結(jié)構(gòu)。

圖7(a)為cspbi3納米線的光學顯微鏡照片，可以看到平面內(nèi)定向排列的尺寸均勻的cspbi3納米線；圖7(b)是在波長470nm，重復頻率為1khz的脈沖光激發(fā)下，cspbi3納米線的發(fā)光照片(激發(fā)能量密度高于產(chǎn)生激光的閾值強度)，可以看到納米線的兩端有非常亮的光斑輸出，說明cspbi3納米線作為增益介質(zhì)和諧振腔已經(jīng)產(chǎn)生了激光；圖7(c)是不同激發(fā)能量密度下，從納米線的一端收集到的光譜信號，當激發(fā)能量密度大于60μj/cm²時，cspbi3納米線的端部輸出波長為～725nm的紅光波段的多模激光；圖7(c)插圖為激光模式的主模的放大圖，通過高斯擬合可以得出激光模式的半高寬為0.32，可以計算出cspbi3納米線的品質(zhì)因數(shù)為q～2256；圖7(d)是對應的cspbi3納米線的光譜的積分強度隨激發(fā)能量密度的變化，可以得出該納米尺度激光器陣列的閾值為～60μj/cm²。

以上結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述。顯然，本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制。只要是采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進；或未經(jīng)改進，將本發(fā)明的上述構(gòu)思和技術(shù)方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。