[发明专利]基于波导结构的随机激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体是指一种基于波导结构的随机激光器。

背景技术

近十几年来，在随机介质领域，国内外的学者已经多次发现了强度较高的受激辐射发射，尤其以近些年来美国西北大学的H. Cao等人在ZnO半导体随机介质中观察到的现象为代表。他们以环形腔和光子局域化理论较为理想地表述了随机介质内的发光特性，因与传统激光器的受激辐射明显不同，故此被称为随机激光器。鉴于该随机激光器的制备条件、物理特性，并在微纳米集成光学、光电子学、特殊波段以及医学探测等领域的广阔应用前景，而受到了国内外诸多学者的广泛重视。

《APPLIED PHYSICS LETTERS》2005年86卷03期1112页上登载了“Low-loss and directional output ZnO thin-film ridge waveguide random lasers with MgO capped layer ”一文，Clement Yuen等人利用带有MgO外延层的ZnO薄膜脊状波导实现了随机激光的方向性出射Low-loss and directional output ZnO thin-film ridge waveguide random lasers with MgO capped layer,使用的是Si基底、SiO₂缓冲层，并利用脊状波导形成了等效的谐振腔，无法为微纳米集成光学系统提供光源。因此，解决随机激光器在微纳集成光学系统中的限制问题成了随机激光器向实用型转变的首要目标。

通过检索得知：目前对于随机激光器的研究基本集中在散射粒子团簇、溶胶-凝胶、纳米盘等结构上。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有随机激光器不能作为微纳集成光学系统光源的瓶颈，而提供一种带有外延层波导结构的、常通量理论为基础的随机激光器。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于波导结构的随机激光器，包括抽运光源，还包括ZnO随机粒子与聚合物分子形成的波导结构，所述的波导结构周围镀MgO包覆层，抽运光源从一侧对ZnO波导进行激励，抽运方式采用波导一侧入射。

所述的ZnO波导内部包括随机散布的ZnO颗粒，可构成发射激光所需的随机微腔并提供增益，ZnO颗粒规格为100~200nm；ZnO粒子作为增益和散射介质及电磁波的传输波导，保证辐射光能从波导相对一侧出射。

所述的ZnO形成的波导外部镀有MgO包覆层，包覆层的厚度为200nm。

所述的MgO包覆层起到将波导内的光经过全反射反馈到波导内部以降低散射损耗和发射阈值的作用。本发明通过常通量理论对波导内电场分布及结构的辐射特性进行了相关计算。

本发明的有益效果是，在保证随机激光能够实现方向性出射的同时，不再拘泥于以往随机激光器的发射体仅限于圆盘、纳米棒等。同时还能够降低波导内光的散射损耗和发射阈值，波导结构的随机激光可以为微纳光学集成系统提供较为理想的光源，且以现有制备技术而言，易于实现。

附图说明

图1本发明结构原理图

具体实施方式

如图1 所示，是一种基于波导结构的随机激光器，其结构中包括抽运光源1，该抽运光源可以采用典型的Nd:YAG激光器，由波导侧面进行入射，为内部ZnO随机粒子3提供能量；而ZnO粒子形成的波导结构周围镀有MgO包覆层2，厚度为200nm；ZnO随机粒子在该结构中起到散射与提供增益的作用；而MgO包覆层2由于其折射率小于ZnO随机粒子3，因此在散射光传播到MgO包覆层2或MgO包覆层2与空气时会以全反射的形式反馈回波导内部，从而降低了散射损耗与激光辐射4的阈值。