[发明专利]一种小尺度光学微腔制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学微腔的制备方法，特别涉及一种小尺度光学微腔制备方法，属于 光学微腔制备领域。

背景技术

光学腔是一种常见的光学器件，其利用干涉原理将波长与其匹配的光选出，可以用作 光学滤波器。各种激光器都包含光学腔，因为光学腔提供的光回路是光放大必不可少的。 此外，限域在光学腔中特定波长的光在光学腔中往返运动，寿命较长，较易与腔中的物质 发生相互作用，因此光学腔也被用于非线性光学和光学传感器的研究。

根据光回路的不同，光学腔有不同的类型。法布里-珀罗(Fabry-Pérot)腔由互相平行的 两个反射面构成，光在两个反射面间往返运动形成光回路，其反射面既可以是单反射面也 可以是一维Bragg光栅，后者一般具有更高的反射率。回音壁(Whispering Gallery)腔由近似 圆形的介质构成，光在介质内表面发生一系列全内反射(TIR)而形成光回路。基于光子晶体 的光学腔是在光子晶体中构造光子禁带中的局域态，光被限域在该局域态附近形成光回 路。

光学微腔是腔长在微米或亚微米量级的光学腔，一方面，较小的尺寸有利于大规模集 成和降低器件成本，另一方面，较小的腔长导致较大的腔模间距，从而有利于实现单模工 作状态。基于光学微腔的垂直腔面发射激光器(VCSEL)已经被广泛用于短距离数据通信和 并行高速光纤通信中[Kenichi Iga，IEEE JOURNAL ON SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS，6(6)，1201(2000)]，而光学微腔相关的研究也正吸引着越来越多的关注， 例如微腔激子-极化子(cavity exciton-polariton)的波色爱因斯坦凝聚(BEC)现象[J.Kasprzak， M.Richard，S.Kundermann，A.Baas，P.Jeambrun，J.M.J.Keeling，F.M.Marchetti，M.H. R.André，J.L.Staehli，V.Savona，P.B.Littlewood，B.Deveaud，Le Si Dang，Nature， 443，409(2006)]、超流(superfluidity)现象[Alberto Amo，Lefrère，Simon Pigeon，Claire Adrados，Cristiano Ciuti，Iacopo Carusotto，Romuald Houdré，Elisabeth Giacobino，Alberto Bramati，Nature Physics，5，805(2009)]等。

品质因数(Q)是衡量光学微腔的重要指标，拥有较高品质因数的光学微腔具有更好的光 子限域能力，其腔模更锐利，限域光子的寿命更长。为了制备高Q值光学微腔，多种方法 已经被采用。例如交替沉积折射率不同但晶格大致匹配的两种不同材料形成一维Bragg光 栅，并在两个Bragg光栅之间沉积腔体材料形成Fabry-Pérot腔的方法，已经被广泛用于制备 GaAs系和GaN系的光学微腔。此外，还有刻蚀形成圆柱或圆盘结构形成Whispering gallery 腔[S.L.McCall，A.F.J.Levi，R.E.Slusher，S.J.Pearton，R.A.Logan，Appl.Phys.Lett.，60(3)， 289(1992)]。另外，在周期性的光子晶体中构造点缺陷也可以形成Q值很高的光学微腔 [Yoshihiro Akahane，Takashi Asano，Bong-Shik Song，Susumu Noda，Nature，425，944(2003)]。 无论上述哪种方法，构造光学微腔都绝非易事，需要复杂的工序并且成功率和可控性都十 分有限。