[发明专利]一种氮化物锁模回音壁微激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氮化物锁模回音壁微激光器及其制备方法，在硅衬底上的氮化物材料，利用光刻工艺和深硅刻蚀工艺制备悬空的带缺口的环形薄膜微腔，然后在微腔的缺口中修饰金纳米棒作为半导体饱和吸收体，在合适的光泵浦条件下，实现氮化物的锁模回音壁激光。

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种氮化物锁模回音壁微激光器及其制备方法。

背景技术

激光按腔体结构可分为三类：第一类是光在纳米颗粒界面随机共振形成的随机激光；第二类是光在一维的微纳米结构中利用微纳米线两个端面作为腔镜形成共振产生的F-P激光。前者散射损耗很大，没有固定模式；后者的端面损耗很大，也不易得到高品质(Q)、低阈值激光。鉴于此，采用尺度较大的微米棒或微米碟等微腔利用其全内反射形成的回音壁模(WGM)激光则为人们提供了一条获得高品质激光的途径。

但是圆形的悬空微碟或六边形的氮化镓单晶WGM激光器作为光通信器件或者集成光学器件而言还不够优秀，因为它输出的是多模式结构的激光，而有些工业应用需要的是单模式的激光。因此，如何优化WGM微腔结构，实现锁模激光，更有利于工业应用，是本发明要解决的问题。

发明内容

技术问题：本发明提供一种具有极高的光学增益和极低的损耗，有利于工业已经用，可以获得高品质因子低阈值的氮化物锁模回音壁微激光器，同时提供了一种工艺性好、加工精度高的制备上述氮化物锁模回音壁微激光器的方法。

技术方案：本发明的氮化物锁模回音壁微激光器，以硅基氮化物晶片为载体，包括硅基底、设置在所述硅基底上的硅柱、由所述硅柱支撑的悬空的环形薄膜微腔结构，所述环形薄膜微腔结构由氮化物构成，包括环形的本体、设置在所述本体内部的微腔、设置在本体中将微腔与外部连通的缺口，所述缺口中修饰有金纳米棒。

进一步的，本发明微激光器中，硅基底和硅柱均为在硅基氮化物晶片的硅衬底层(2)上刻蚀得到的。

进一步的，本发明微激光器中，缺口中修饰的金纳米棒，在光泵浦条件下，作为半导体饱和吸收体对微腔中的激光进行调制，实现氮化物的锁模回音壁激光。

本发明制备上述氮化物锁模回音壁微激光器的方法，步骤如下：

第一步：在氮化物层上表面旋涂光刻胶，然后采用光刻技术在旋涂的光刻胶层上定义权利要求1中所述的环形薄膜微腔结构的图形；

第二步：利用电子束蒸镀系统在氮化物层上沉积金属镍，然后去除残留的光刻胶，留下的金属镍作为硬质掩膜层；

第三步：基于所述硬质掩膜层，采用反应离子刻蚀技术向下刻蚀氮化物层直至硅衬底层的上表面，从而将所述第二步中定义出的图形转移至硅基氮化物晶片的氮化物层中，得到有缺口的环形薄膜微腔结构，然后利用稀硝酸或者镍刻蚀液去除残留在氮化物层表面的金属镍；

第四步：采用各项同性湿法硅刻蚀技术，使硅衬底层中形成支撑环形薄膜微腔结构的硅柱和位于底面的硅基底，使环形薄膜微腔结构悬空；

第五步：将环形薄膜微腔结构浸入到金纳米棒的溶液中，使金属纳米棒修饰到微腔的缺口里，得到氮化物锁模回音壁微激光器。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：