[发明专利]一种单向出射的缺陷椭圆微盘及激光器

说明书

本发明属于微腔激光器技术领域，涉及一种单向出射的缺陷椭圆微盘及激光器。一种单向出射的缺陷椭圆微盘，所述的微盘为边缘引入一个缺口的椭圆微盘；所述缺口位于所述椭圆微盘长半轴和边缘的交点上。本发明还提供一种包含所述缺陷椭圆微盘的激光器，能够在近红外和可见光波段实现单向出射，远场发散角只有4°，最高的出射效率达到84%。本发明具有结构简单紧凑易于制备，器件体积更小、节省空间、易于阵列化等优点，可广泛应用于生物医学及环境检测等领域。

技术领域

本发明属于微腔激光器技术领域，涉及一种单向出射的缺陷椭圆微盘及激光器。

背景技术

回音壁模式微腔激光器具有体积小、阈值低、功耗低等优点，在光子集成电路和片上光互连光源等应用中颇具优势。在过去的二十年中，微腔激光器的定向输出特性引起了研究人员的广泛关注，但是受限于其圆形旋转对称结构，回音壁模式微腔激光器的定向输出特性严重限制了它的大规模集成与应用。

一种解决方法是利用棱镜、平面波导或楔形光纤等装置将疏逝波耦合出来。但是，这种方法需要精确地校准，而且对于机械振动或周围环境的扰动非常敏感，从而限制了其实际应用。于是人们提出了另一种方法，就是通过变形或引入缺陷打破微腔原有的圆对称性，提高了出射的方向性和功率收集的效率，更加便于制备。然而，所有的变形微腔都存在一个问题就是当形变增大时，品质因子也会显著地下降，从而使绝大部分的微腔内无法继续实现回音壁模式。

而且，目前高品质因子的回音壁模式微腔都是在硅或二氧化硅等材料制成的微腔中实现的，虽然对于超宽带频率梳、单纳米粒子或单分子检测等技术铺平了道路，但是硅材料对酸和碱溶液的耐腐蚀性很差，而且需要很高的回流温度，对于有机分子和量子点等功能材料并不适用，从而限制了这类器件在生物医学和环境检测等情况下的应用。

现有技术中，研究热点集中在高折射率材料(2.7n3.9)制成的变形微盘上，这些微盘的远场发散角都在6°以上。2015年， M.Schermer 等人(M. Schermer ,S.Bittner,G.Singh,C.Ulysse,M.Lebental,and J.Wiersig.Unidirectional light emission fromlow-index polymer microlasers， Applied Physics Letters, vol. 106,no.10(2015):101107)提出的一种”矮鸡蛋”形聚合物微盘，远场发散角为6°。但是这种微盘的尺寸达到160μm，无法适应更小尺度下甚至纳米尺寸下的应用。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种由聚合物材料制成的缺陷椭圆微盘及激光器，利用交联聚合物的高硬度、高玻璃转移温度以及对酸和碱溶液出色的耐腐蚀性等优点，克服了传统硅材料的不足，并且通过在微盘边缘引入一个波长级的缺陷，实现了高品质的回音壁模式在缺陷对侧的单向出射，在生物医学及环境检测等领域有广泛的应用前景。

本发明解决其技术问题采用的技术手段是：一种单向出射的缺陷椭圆微盘，该微盘为边缘引入一个缺口的椭圆微盘；所述缺口位于所述椭圆微盘长半轴和边缘的交点上。

作为本发明的一种优选方式，所述椭圆微盘的形状为标准椭圆。

进一步优选的，所述椭圆微盘的长半轴为5.0μm，短半轴为4.1μm；所述缺口的形状为标准椭圆，所述缺口的短半轴为0.25μm，长半轴为0.3μm；所述椭圆微盘的出射光波长在近红外波段的756nm。

进一步优选的，所述椭圆微盘的长半轴为4.56μm，短半轴为3.73μm；所述缺口的形状为标准椭圆，所述缺口的短半轴为0.20μm，长半轴为0.25μm；所述椭圆微盘的出射光波长在可见光波段的532nm。

进一步优选的，所述缺口的长轴与椭圆微盘的长轴共线，缺口的短轴与椭圆微盘的边缘相交。

进一步优选的，所述缺口的高度与所述椭圆微盘的高度相同。