半导体单纳米线单模激光器

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近年来半导体纳米线作为增益介质、光学谐振腔、以及光波导等表现出的优异的性质使得基于一维半导体纳米线的一系列纳米光子器件受到越来越多的关注,在这类以半导体纳米线作为核心部件的器件,如光电探测器、激光器、发光器件等中,半导体纳米线激光器由于其可作为集成的相干光源在光通信、传感以及信号处理等领域有着广泛应用前景而成为当前的研究热点之一。一般说来,在一根半导体纳米线中,当光在线内的往返增益可以补偿往返损耗时,激光便会产生。此类纳米激光器通常采用的两种典型光学谐振腔是基于纳米线端头解理面反射的法布利珀罗腔(F-P)和环形谐振腔,由于缺少有效的选单纵模的机制,这两类激光器所产生的激光通常是多模的,而通过减小激光腔腔长的方法,利用自由光谱范围(FSR)的拓宽实现选模,又会出现因为增益长度的减少而使得激光阈值提高。如何实现单模和低阈值的统一是半导体纳米线激光器走向实际应用所面临的关键问题。基于上述考虑,我们提出了一种新型的激光器结构,通过在单根纳米线上构造一个或两个环形反射镜实现复合腔体结构,利用复合谐振腔的游标效应进行选模,成功实现了单根半导体纳米线单纵模低阈值波长可调谐的激光输出,同时也为使用其他纳米结构实现单模低阈值的激光提供了一种可行的设计方案。在本工作中,我们首先通过化学气相沉积法生长出表面光滑,直径均匀,具有典型六边形截面的CdSe纳米线,以此纳米线作为增益介质和光波导,并在显微镜下对其进行微纳操作,制备出复合腔体结构。实验中在纳秒激光的泵浦下获得了波长738 nm附近的低阈值单模激光输出。通过微纳操作调节激光器的环形反射镜以及耦合区的几何参数,我们还实现了约6.8 nm波长的调谐量。此外我们还研究了采用环形反射镜对激光阈值的影响,由单根线F-P腔逐步形成双环形反射镜复合腔的过程中,激光阈值由原来的97μJ/cm2降至34μJ/cm2,阈值降低的同时,单模激光光谱质量也得到了很好的提升,边模抑制比(SMSR)由原先单个环形反射镜复合腔的8.6升至13.5。
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