具有宽调谐、低阈值、可集成特性的固态微腔染料激光介质及其制备工艺研究

摘要

固态微腔染料激光器具有结构紧凑、低阈值、宽波长输出以及可集成等特点，因而是一种很有前景的可应用于集成光路(PIC)的激光器。然而在现阶段，将固态微腔染料激光器真正应用于PIC仍然存在一些问题。首先，固态微腔染料激光器的调谐困难，这是因为微腔激光器的集成工艺复杂，而且缺少简易的改交腔长以及介质层折射率的手段。其次，虽然双光子泵浦具有高泵浦能量、更经济等优点，但是双光子染料在固态介质中的溶解性较差，因而难以获得低阈值的激光输出。最后，比较缺乏可靠而且低成本的微腔激光器的集成手段。
　　为了解决这些问题，本文首先采用染料掺杂的柔性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜作为垂直腔面发射激光器(VCSEL)的激光介质，使用压应力调谐等方式实现可调谐的微腔激光输出，并研究了PDMS作为激光介质时VCSEL的激光寿命和自修复特性。另外，本文采用了离子凝胶作为双光子染料掺杂的基质，提高了染料的溶解度并制备出低闽值的双光子泵浦激光输出。除此之外，本文采用喷墨打印技术对激光介质的进行了集成。
　　采用染料掺杂PDMS作为VCSEL激光介质，通过更换掺杂染料、更换分布式布拉格反射镜(DBR)、以及调整压应力的方式，获得了宽调谐范围的单模激光输出;其中，使用不同的DBR时，吡咯甲叉597-8C9(PM597-8C9)掺杂VCSEL的调谐范围达到91.6 nm(598.2-690.2 nm)。吡咯甲又597(PM597)和PM597-8C9掺杂的VCSEL在1.2×105个脉冲后仍然没有出现能量的衰减。
　　采用离子凝胶作为激光介质，显著改善了双光子染料的溶解性问题，制备出基于双光子泵浦的VCSEL，其阈值达到5.39μJ，能量密度为～63mJ/cm2，这是迄今报道的双光子微腔激光的最低阈值之一。
　　用超支化聚合物(HBP)作为基质，通过喷墨打印法制备出了可集成的VCSEL和分布式反馈(DFB)激光，获得了集成的固态微腔激光输出。其中打印的VCSEL激光阈值最低可以达到～77.5 nJ，斜坡效率为40.2％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 可集成的固态可调谐染料激光介质研究进展

1．2．1 固态微腔可调谐染料激光介质的研究进展

1．2．2 基于双光子泵浦的固态微腔染料激光介质的研究进展

1．2．3 可集成的微腔激光介质及其制备工艺研究进展

1．3 课题研究的目的、意义与内容

第二章 高效率、低阈值、宽调谐的垂直腔面发射激光介质研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 DBR制备

2．2．2 PDMS介质层及VCSEL的制备

2．2．3 激光性能测试光路

2．3 染料掺杂PDMS薄膜的光谱学及激光性能

2．3 染料掺杂VCSEL的激光寿命以及自修复特性

2．4 本章小结

第三章 低阈值、可调谐的垂直腔面发射上转换激光介质的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 双光子染料的合成

3．2．2 离子凝胶的合成制备

3．2．3 双光子吸收系数、吸收截面的理论依据与测量方法

3．2．4 离子凝胶介质折射率测试方法

3．3 染料掺杂离子凝胶薄膜的光谱学性能

3．4 DHASN掺杂VCSEL的双光子泵浦激光性能研究

3．5 本章小结

第四章 喷墨打印法制备微腔激光介质

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 打印墨水的选择

4．2．2 喷墨打印液滴的飞行特性

4．3 喷墨打印液滴的控制规律及其形貌研究

4．4 喷墨打印法制备的VCSEL及其激光性能

4．5 喷墨打印法制备的分布式反馈波导激光研究

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．1 展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的论文