【摘要】：固態(tài)微腔染料激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、低閾值、寬波長(zhǎng)輸出以及可集成等特點(diǎn),因而是一種很有前景的可應(yīng)用于集成光路(PIC)的激光器。然而在現(xiàn)階段,將固態(tài)微腔染料激光器真正應(yīng)用于PIC仍然存在一些問題。首先,固態(tài)微腔染料激光器的調(diào)諧困難,這是因?yàn)槲⑶患す馄鞯募晒に噺?fù)雜,而且缺少簡(jiǎn)易的改變腔長(zhǎng)以及介質(zhì)層折射率的手段。其次,雖然雙光子泵浦具有高泵浦能量、更經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn),但是雙光子染料在固態(tài)介質(zhì)中的溶解性較差,因而難以獲得低閾值的激光輸出。最后,比較缺乏可靠而且低成本的微腔激光器的集成手段。為了解決這些問題,本文首先采用染料摻雜的柔性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜作為垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的激光介質(zhì),使用壓應(yīng)力調(diào)諧等方式實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的微腔激光輸出,并研究了PDMS作為激光介質(zhì)時(shí)VCSEL的激光壽命和自修復(fù)特性。另外,本文采用了離子凝膠作為雙光子染料摻雜的基質(zhì),提高了染料的溶解度并制備出低閾值的雙光子泵浦激光輸出。除此之外,本文采用噴墨打印技術(shù)對(duì)激光介質(zhì)的進(jìn)行了集成。采用染料摻雜PDMS作為VCSEL激光介質(zhì),通過(guò)更換摻雜染料、更換分布式布拉格反射鏡(DBR)、以及調(diào)整壓應(yīng)力的方式,獲得了寬調(diào)諧范圍的單模激光輸出；其中,使用不同的DBR時(shí),吡咯甲叉597-8C9 (PM597-8C9)摻雜VCSEL的調(diào)諧范圍達(dá)到91.6 nm(598.2-690.2 nnm)。吡咯甲叉597(PM597)和PM597-8C9摻雜的VCSEL在1.2×105個(gè)脈沖后仍然沒有出現(xiàn)能量的衰減。采用離子凝膠作為激光介質(zhì),顯著改善了雙光子染料的溶解性問題,制備出基于雙光子泵浦的VCSEL,其閾值達(dá)到5.39μJ,能量密度為～63mJ/cm2,這是迄今報(bào)道的雙光子微腔激光的最低閾值之一。用超支化聚合物(HBP)作為基質(zhì),通過(guò)噴墨打印法制備出了可集成的VCSEL和分布式反饋(DFB)激光,獲得了集成的固態(tài)微腔激光輸出。其中打印的VCSEL激光閾值最低可以達(dá)到～77.5 nJ,斜坡效率為40.2%。
【圖文】：

ＤＦＢ輸出激光波長(zhǎng)滿足Ｗ下公式ＵＵ；逡逑２Ａ／７邋ｆ逡逑—堅(jiān)邐片１）逡逑ｍ逡逑其中八表示光柵周期，《ｇ＾表示波導(dǎo)在波長(zhǎng)為斗。Ｗ處的有效折射率，由／ｉ＾ｇ、薄朦厚逡逑度、Ｗ及介質(zhì)的折射率差值共同決定，Ｍ是敵射布拉格級(jí)數(shù)。從式１．１可レNB看出，可通逡逑過(guò)調(diào)整光柵周期Ａ、介質(zhì)層厚度或者折射率差值獲得可調(diào)諧的激光輸出。逡逑Ｓ．邋Ｋｌｉｎｋｈａｍｍｅｒ和Ｔ．邋Ｗｏｇｇｏｎ等ｆｉ２ｌ采用了邋Ａｋ［３：ＤＣＭ模形薄膜作為激光介質(zhì)，得到了逡逑調(diào)諧范西達(dá)到３６ｎｍ（６２１邋－６５７ｎｍ）的單模式激光輸出；化Ｈｅｕｓｓｎｅｒ等通過(guò)在介質(zhì)中引逡逑入液晶，能夠在不改變樣品時(shí)通過(guò)改變外接電壓來(lái)獲得可調(diào)諧的激光輸出，調(diào)諧范圍為４逡逑ｎｍ（６２０－６２４ｎｍ）；這兩種可調(diào)諧ＤＦＢ激光的示意圖如圖１．３所示。逡逑

雖然還可Ｗ通過(guò)更換使用不同周期的光柵，多種光柵周期的全息聚浦等方法實(shí)現(xiàn)逡逑４，８５］，但這兩種方法難Ｗ實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧，，而且操作繁瑣，往往需要不斷在使用時(shí)更逡逑，難實(shí)現(xiàn)直接的調(diào)諧。逡逑機(jī)激光（Ｒａｎｄｏｍ邋Ｌａｓｅｒ）的現(xiàn)象是Ｌｅｔｏｋｈｏｖ在１９６８年首次提出的Ｗ，相比其它微腔逡逑言，隨機(jī)激光最大的特點(diǎn)就是沒有傳統(tǒng)意義上的諧振腔，其巧成增益的示意圖如逡逑所示，是通過(guò)介質(zhì)中的隨機(jī)粒子間的多重散射從而實(shí)現(xiàn)光子禁銅，從而巧到類似諧逡逑的效果。雖然散射被認(rèn)為是損耗的重要來(lái)源，但是Ｌｅｔｏｋｈｏｖ提出，光子在散射粒子逡逑的自由行走（ＲａｎｄｏｍＷａｌｋ）化會(huì)形成反饋和增益，而這兩種情況的平衡關(guān)系決定了隨逡逑化的閥值條件和臨界體積。他給出了在假定介質(zhì)體積為邊長(zhǎng)為Ｉ的立方體的情況下，逡逑光的臨界體積條件：逡逑３化丫。逡逑＾ｃｒ＝Ｌ＾＝＼Ｙｊ邐。．２）逡逑中，／，和／ｇ分別表示散射介質(zhì)中的光子傳輸平均自由程和增益自由程。逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN248

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本文編號(hào)：2575550