[发明专利]一种高量子发光效率片上集成间接带隙半导体白光光源

权利要求书

1.一种高量子发光效率片上集成间接带隙半导体白光光源，其特征在于，包括飞秒激光激发光路、半导体微纳结构和探测装置，其中：

所述飞秒激光激发光路包括依次设置的飞秒激光器、扩束准直透镜组、衰减片、偏振组件、二向色镜、物镜和载物台；所述飞秒激光器用于生成飞秒激光；所述扩束准直透镜组用于将飞秒激光进行扩束准直，提升光束质量，抑制激光发散；所述衰减片用于调整飞秒激光功率，使用不同功率激发半导体微纳结构；所述偏振组件用于产生不同偏振态的飞秒激光；所述二向色镜用于将调节好偏振态的飞秒激光反射至物镜；所述物镜将特定偏振的飞秒激光汇聚，并聚焦于所述半导体微纳结构中；所述载物台用于承载所述半导体微纳结构；

所述半导体微纳结构用于提供与飞秒激光相匹配的光学共振区，提高飞秒激光激发下的线性和/或非线性吸收，增强载流子的注入效率，在飞秒激光的作用下产生高浓度载流子，载流子从高能级向低能级跃迁的热弛豫过程释放出大量声子，导致半导体微纳结构的温度大幅升高,进而达到该半导体微纳结构的本征激发的温度条件；该半导体微纳结构在本征激发下产生大量被激发到导带的载流子；载流子在导带形成俄歇效应产生热电子荧光辐射；

所述探测装置包括滤镜和光谱仪，位于飞秒激光激发光路下方，收集在不同功率下半导体微纳结构的透射光、反射光与荧光，然后确认半导体微纳结构的激发阈值，并形成收集光路；其中收集光路与飞秒激光激发光路共用二向色镜至物镜的光路，并通过二向色镜与滤镜组合对飞秒激光进行滤波，通过光谱仪得到半导体微纳结构的发光；

通过使用不同功率的飞秒激光照射激发所述半导体微纳结构，使其能通过共振被高效率地注入载流子，注入载流子过程时同时产生大量热量，使得半导体微纳结构进入本征激发区，以实现所述半导体微纳结构发射高亮度白光；

通过调节照射至所述半导体微纳结构上的光的重复频率、光的偏振态、光的波长以控制飞秒激光注入载流子的效率，以实现阈值可控制的片上集成半导体白光光源；

当入射至所述半导体微纳结构的飞秒激光偏振态与半导体微纳结构所支持的共振偏振态不符，则会降低载流子注入效率，增大激发阈值。

2.根据权利要求1所述的高量子发光效率片上集成间接带隙半导体白光光源，其特征在于，所述偏振组件包括依次设置于衰减片后面的1/4玻片和1/2玻片。

3.根据权利要求1所述的高量子发光效率片上集成间接带隙半导体白光光源，其特征在于，所述探测装置还包括位于二向色镜和滤镜之间的反射镜，用于将收集到的不同功率下半导体微纳结构的透射光、反射光与荧光发射至光谱仪。

4.根据权利要求1所述的高量子发光效率片上集成间接带隙半导体白光光源，其特征在于，为满足最大效率的载流子注入，入射至所述半导体微纳结构的飞秒激光偏振态和波长要与半导体微纳结构的共振严格一一对应。

5.根据权利要求1所述的高量子发光效率片上集成间接带隙半导体白光光源，其特征在于，当入射至所述半导体微纳结构的飞秒激光波长与半导体微纳结构所支持的共振波长不符，则会显著降低载流子注入效率，增大激发阈值。

6.根据权利要求1所述的高量子发光效率片上集成间接带隙半导体白光光源，其特征在于，所述飞秒激光器为钛-蓝宝石激光器，增益波长为700nm-1080nm，其调谐范围能通过飞秒激光参量震荡器进行扩展，实现410nm-2400nm的连续可调谐飞秒激光输出。

7.根据权利要求1所述的高量子发光效率片上集成间接带隙半导体白光光源，其特征在于，所述半导体微纳结构为支持光学共振的米氏共振纳米颗粒、法布里珀罗共振纳米柱、光子晶体微腔、牛眼谐振环、回音壁模式微米球、回音壁模式微米盘或连续域束缚态共振的微纳结构，拥有光学共振，其本征激发频率为光学波段，且与入射激光匹配，所述光学波段包括紫外、可见光、近红外以及中红外波段，通过光学共振增加载流子的注入效率。