一种基于半导体纳米线的可调谐波长的微纳激光方法

摘要

本发明公开了一种基于半导体纳米线的可调谐波长的微纳激光方法。它是将激光入射到纳米线的一端，利用弯曲至折断的方法得到不同长度的半导体纳米线，在不改变入射激光位置的条件下可以在不同长度的纳米线另一端得到对应不同波长的出射激光，这样通过调节半导体纳米线的长度控制其出射激光中心波长。本发明通过调节纳米线的长度有效地控制输出的激光的波长，易于控制和调节，通过优化纳米线的直径，长度等来控制输出激光的特性。

说明书

技术领域

     本发明涉及半导体、微光学元件、系统，尤其是涉及一种基于半导体纳米线的可调谐波长的微纳激光方法。

背景技术

     基于ZnO、CdS、CdSe等半导体纳米线的激光器近年来引起了研究者的广泛关注。波长可调谐激光器在光通信、环境监测、和光谱分析等领域都有重要的用处。目前用来实现波长可调谐激光器的方法主要是利用掺杂调节纳米线成分的控制从而得到可调谐能带的纳米结构。这种方法需要严格的成分比例控制，难以大规模实用化生产。另一种常用的方法是改变腔的形态以达到调谐的目的，但这种方法实现的调谐宽度受到了很大的限制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于半导体纳米线的波长可调谐微激光方法。

基于半导体纳米线的可调谐波长的微纳激光方法是：将激光入射到纳米线的一端，利用弯曲至折断的方法得到不同长度的半导体纳米线，在不改变入射激光位置的条件下可以在不同长度的纳米线另一端得到对应不同波长的出射激光，这样通过调节半导体纳米线的长度控制其出射激光中心波长。

它的具体步骤如下：

1)利用vapor-liquid-solid的方法生长CdSe半导体纳米线，通过控制温度为700～830摄氏度、气压460～510 mbar、通入气流速度180～220 ml/min、加热时间1～2小时得到特性良好的纳米线；

2）采用水平放置的玻璃管，在玻璃管的正中间放置原材料CdSe粉末，以使得粉末蒸发为蒸汽状态，玻璃管的端口处放置镀金的硅片，蒸发的CdSe蒸汽就在此处沉积为纳米线以及纳米带，纳米线直径均为200 nm～2 μm；

3）采用532 nm的激光装置在线的一端激发纳米线，得到的激光在另一端通过100倍放大率的物镜接收，连接传输到CCD和光谱仪，得到对应的即时光谱图像，同时，在光学显微镜下和通过CCD传输分别得到图像，利用加热融化拉伸的方法处理微纳光纤，得到圆锥形顶端的探针，在光学显微镜下，利用此探针操纵纳米线，将单根纳米线一端弯曲以达到折断变短的效果，这样得到的纳米线两端平整而形成谐振腔，在纳米线的一端收集到荧光和激光光谱，通过origin软件处理输出的光谱图像测得峰值、半高宽、各对应的波长，从而做出阈值曲线，分析荧光光谱中测得的数据得到PL性质和中心波长随纳米线长度变化的规律，随着纳米线长度从289 μm减小到8 μm，测得的对应的激光的峰值波长逐渐蓝移了40 nm，从而实现可调谐波长的微纳激光。

所述的532 nm的激光装置包括光谱仪、分光镜、过滤器、分色镜、物镜、衬底、纳米线、泵浦光、衰减器、CCD ；光谱仪、分光镜、过滤器、分色镜、物镜、衬底顺次放置，衬底上设有纳米线，在分光镜右侧设有CCD，分色镜右侧设有泵浦光、衰减器。

本发明通过调节纳米线的长度有效地控制输出的激光的波长，易于控制和调节，通过优化纳米线的直径，长度等来控制输出激光的特性。

附图说明

图1是本发明的所用CdSe纳米线的对应位置的EDS分析图像，可见是其成分仅为Cd和Se。

图2是光学测量装置的示意图,所述的532 nm的激光装置包括光谱仪1、分光镜2、过滤器3、分色镜4、物镜5、衬底6、纳米线7、泵浦光8、衰减器9、CCD 10。

图3(a)为相同激光光束和强度下，不同长度的纳米线对应的激光光谱；

图3(b)为纳米线长度与激光中心波长关系。

图4(a)为可调激光波长的纳米线的物理机制示意图；

图4(b)为可调激光波长的纳米线的激光阈值与纳米线长度的关系；

图4(c)为可调激光波长的纳米线的FSR与纳米线长度的关系；图4(d)为可调激光波长的纳米线的模式数量和长度的关系。

具体实施方式

基于半导体纳米线的可调谐波长的微纳激光方法是：将激光入射到纳米线的一端，利用弯曲至折断的方法得到不同长度的半导体纳米线，在不改变入射激光位置的条件下可以在不同长度的纳米线另一端得到对应不同波长的出射激光，这样通过调节半导体纳米线的长度控制其出射激光中心波长。

基于半导体纳米线的可调谐波长的微纳激光方法的具体步骤为：

1)利用vapor-liquid-solid的方法生长CdSe半导体纳米线，通过控制温度830摄氏度、气压480 mba、通入气流速度200 ml/min、加热时间1小时得到特性良好的纳米线，纳米线直径均为200 nm ～ 2 μm；

2）采用水平放置的玻璃管，在玻璃管的正中间放置原材料CdSe粉末，以使得粉末蒸发为蒸汽状态，玻璃管的端口处放置镀金的硅片，蒸发的CdSe蒸汽就在此处沉积为纳米线以及纳米带；

3）采用532 nm的激光装置在线的一端激发纳米线，得到的激光在另一端通过100倍放大率的物镜接收，连接传输到CCD和光谱仪，得到对应的即时光谱图像，同时，在光学显微镜下和通过CCD传输分别得到图像，利用加热融化拉伸的方法处理微纳光纤，得到圆锥形顶端的探针，在光学显微镜下，利用此探针操纵纳米线，将单根纳米线一端弯曲以达到折断变短的效果，这样得到的纳米线两端平整而形成谐振腔，在纳米线的一端收集到荧光和激光光谱，通过origin软件处理输出的光谱图像测得峰值、半高宽、各对应的波长，从而做出阈值曲线，分析荧光光谱中测得的数据得到PL性质和中心波长随纳米线长度变化的规律，随着纳米线长度从289 μm减小到8 μm，测得的对应的激光的峰值波长逐渐蓝移了40 nm，从而实现可调谐波长的微纳激光。

如图2所示，532 nm的激光装置包括光谱仪1、分光镜2、过滤器3、分色镜4、物镜5、衬底6、纳米线7、泵浦光8、衰减器9、CCD 10；光谱仪1、分光镜2、过滤器3、分色镜4、物镜5、衬底6顺次放置，衬底6上设有纳米线7，在分光镜2右侧设有CCD 10，分色镜4右侧设有泵浦光8、衰减器9。