[发明专利]利用不对称DBR结构实现可调谐单模激光的方法及激光器

说明书

本发明公布了一种利用不对称分布式布拉格反射镜(DBR)结构实现可调谐单模激光的方法及激光器。在微/纳米柱发光器件的两端制作不对称的结构，使两个DBR反射谱中的低反射区刚好和需要过滤的多模重合，而高反射区和需要单模出射的激光波长重合，从而通过改变激励光源的位置实现对特定波长的挑选和可变的单模激射。本发明填补了同时实现纳米激光器单模激射和在单根微纳米激光器上实现激光波长调控这一领域的空白，能够简单并可重复地在单根微纳米柱激光器上实现激射单模激光并且可调谐。

技术领域

本发明涉及应用广泛的激光器光源，具体涉及一种利用不对称多通道分布式布拉格反射镜(DBR)结构的方法，实现波长可调谐、单模输出微型激光器。

背景技术

单模和波长可调谐激光器在信息传输、成像、光集成等领域有广泛应用。

随着器件尺寸逐渐逼近物理极限，制造成本不断攀升等因素，微电子工业在小型化方面面临着越来越多的挑战。半导体纳米线兼具优异的光电学性能、小尺度特性及丰富的结构特性，是理想的光电子器件构造基元，有望为纳米光电子应用提供新的发展契机。纳米线激光器走向实际应用面临的关键问题：单模、低阈值、简单的纳米操纵工艺。其中，由于线性腔和环形腔这两种谐振腔难以提供有效的单模选模机制，通常使得激光器只能在多模下运行，而多模激光器导致时序脉冲号展宽和高的信道错码率，很大程度上限制了半导体纳米线激光器的实际应用。另一方面，在一些特定的领域，比如饱和吸收光谱、环境监测和光通信，对激光波长的可变提出了要求。目前在同时实现纳米激光器单模激射和在单根纳米激光器上实激光波长的调控这一研究领域处于空白。如果能实现集单模激射和可变波长可调谐这两个亮点于一身的微/纳米柱激光器，会使纳米激光器拥有更广泛的应用前景。

发明内容

针对目前微/纳米柱激光器为多模激射并且难于调控的问题，本发明提出利用不对称分布式布拉格反射镜(DBR)结构实现多模过滤，进而实现特定激光波长的可调控单模激射。

本发明一方面提出了一种利用不对称DBR结构实现可调谐单模激光激射的方法，另一方面通过该方法制作了波长可调谐、单模输出的氮化物微/纳米柱激光器。在之前的研究工作(Yue Yang,et al.,Optics Express 25(18):21025-21036(2017).)中，我们提出了法布里－珀罗微/纳米线腔激发模式随有源区位置变化的自选择机制：在微/纳米线激光器中，有源区长度以及位置决定激光激射模式：有源区与两端面反射镜干涉影响模式的场分布，导致耦合进不同导模的自发辐射速率随有源区位置的变化呈现出不同的周期和振幅，改变有源区位置能改变激射的模式。在本发明的一个实施例中挑选了一根GaN微/纳米柱作为研究对象。在光泵浦实验中，当激励光源位置改变时，在相同光泵浦功率密度下，激光器激射谱出现了明显的转变，并且激射的模都是多模。可见，通过改变光泵浦的位置，能够实现多模激光在一根微/纳米柱上的调控。

本发明提出的一种使微/纳米柱发光器件实现可调谐单模激光激射的方法，在微/纳米柱发光器件的两端制作不对称的分布式布拉格反射镜(DBR)结构，使两个DBR反射谱中的低反射区刚好和需要过滤的多模重合，而高反射区和需要单模出射的激光波长重合，从而通过改变激励光源的位置实现对特定波长的挑选和可变的单模激射。

所述微/纳米柱发光器件优选为氮化物微/纳米柱，也可以是其他半导体材料，如CdS、ZnO、GaAs等。在本发明的一个实施例中，通过金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)合成GaN微/纳米柱，其横截面直径约在2～4μm的范围内，长度从十几到上百微米不等。

所述在微/纳米柱发光器件的两端制作不对称DBR结构可以采用离子束刻蚀的方法。