高偏振單偶極模的光子晶體微腔結構制造技術

本發明專利技術公開了一種高偏振單偶極模的光子晶體微腔結構，該結構采用準三維的光子晶體薄板結構，由形成于半導體材料薄板上的空氣孔構成，該結構的中心為缺陷腔，與缺陷腔最鄰近六個空氣孔的半徑小于其他空氣孔的半徑，該結構在半導體材料薄板平面的縱向（ｙ方向）上進行了拉伸。利用本發明專利技術，能夠獲得高偏振的單偶極模，并且在工藝上也較為容易實現。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光學微腔，尤其涉及一種高偏振單偶極模的光子晶體 微腔結構。
技術介紹
激光技術和探測技術已經廣泛應用于軍事、醫療、通訊、多媒體 等
而光子晶體微腔已經成為實現激光器和探測器的重要手 段之一，特別是在實現小體積、低閾值的激光器中和高精度探測器上， 光子晶體微腔更是不可或缺。光子晶體是一種折射率周期性變化的結構，缺陷腔的引入可使光 子帶隙中出現某些模式，利用腔對腔模的限制作用可以實現模式的激 射或是模式的耦合探測。腔模的特性取決于微腔的結構，因此所得到 的激光特性或是探測性能也就取決于腔的設計。光子晶體微腔設計有過很多報道，也有各種方法用以控制偏振特性。在VCSEL中引入橢圓孔的光子晶體可以實現對出射激光偏振特性 的控制，另夕卜，O.painter等人在文獻Oskar Painter and Kartik Srinivasan: Polarization properties of dipolelike defect modes in photonic crystal nanocavities， Opt. Lett 27， 339-341, 2002，，中也報道過具有消光比為25: 1的x-dipole模式的三角晶格微腔。由于在工藝實現上會存在一定的誤 差，孔的形狀會對結果有影響，而采用圓形的孔相對來說效果更佳， 因此圓孔型的光子晶體微腔更適合實現高偏振的單模微腔。由于高偏振單模的要求，模式的選擇就很重要，而且為了能夠使 模式在腔中形成振蕩，模式也必須具有高的品質因子，這些都對光子 晶體微腔結構的設計提出了要求。因此，要合理的設計微腔的結構， 使得在工藝上能夠較容易的獲得理想性能的結構。
技術實現思路
(一) 要解決的技術問題有鑒于此，本專利技術提供了一種高偏振單偶極模的光子晶體微腔結 構，解決了光子晶體微腔的設計問題，達到了高偏振單偶極模激射和 高光譜分辨率和高偏振分辨率探測的目的。(二) 技術方案為達到上述目的，本專利技術提供了一種高偏振單偶極模的光子晶體 微腔結構，該結構采用準三維的光子晶體薄板結構，由形成于半導體 材料薄板上的空氣孔構成，該結構的中心為缺陷腔，與缺陷腔最鄰近 六個空氣孔的半徑小于其他空氣孔的半徑，該結構在半導體材料薄板 平面的縱向進行了拉伸。優選地，該結構是三角晶格空氣孔結構。優選地，所述缺陷腔是通過去除中心空氣孔實現的。優選地，所述半導體材料為有源高介質折射率材料，其模式的波長范圍可覆蓋近紫外到紅外波段，該有源高介質折射率材料為m至V 族半導體量子阱或量子點材料，或者為n至VI族半導體材料。優選地，所述III至V族半導體量子阱或量子點材料為GaN/AlGaN 材料、GaAs/AlGaAs材料或InP/InGaAsP材料；所述II至VI族半導體 材料為ZnO材料。優選地，該結構具有兩種不同頻率的高偏振模式，并且偏振方向 相互垂直。優選地，所述三角晶格空氣孔結構的周期a，空氣孔半徑F0.3a， 與缺陷腔最鄰近六個空氣孔的半徑r2 = 0.7r，在空氣孔所在平面的縱向 上拉伸了 5 = U倍，半導體材料薄板的厚度d = 0.55a。 優選地，所述空氣孔所在平面的縱向為y方向。 優選地，所述半導體材料薄板平面的縱向為y方向。(三) 有益效果 從上述技術方案可以看出，本專利技術具有以下有益效果41、 本專利技術提供的這種高偏振單偶極模的光子晶體微腔結構，由于 針對缺陷腔鄰近的孔進行了修正，提高了腔中偶極模的品質因子，在 激光器應用方面，更容易實現模式的激射，在光探測應用方面，提高 了探測的光譜分辨率。2、 本專利技術提供的這種高偏振單偶極模的光子晶體微腔結構，在一 個方向上進行了晶格拉伸，因此能夠實現偶極模的分離，在激光器應 用方面，將得到單模激射，同時由于偶極模本身的高偏振特性，因此 能夠獲得高偏振的單偶極模激射，在光探測方面，將實現有偏振選擇 的探測，提高了探測的光譜分辨率和偏振分辨率。3、 本專利技術提供的這種高偏振單偶極模的光子晶體微腔結構，其選 用的材料范圍廣泛，模式波長范圍覆蓋近紫外到紅外波段。因此能夠 在很寬的波段實現激光和探測。4、 本專利技術提供的這種高偏振單偶極模的光子晶體微腔結構，釆用 的空氣孔為圓形，這從工藝實現上來說，生成的誤差相對較小。附圖說明為進一步說明本專利技術的具體
技術實現思路
，以下結合實施例及附圖詳 細說明如后，其中圖1為本專利技術提供的高偏振單偶極模光子晶體微腔的結構示意圖； 其中圖l(a)為本專利技術提供的光子晶體微腔結構的俯視圖，圖l(b)為其的薄板結構的立體圖。圖2為采用InP/InGaAsP材料作為有源層時得到的波長譜，此時 微腔的模式處在紅外波段。圖3為沿x方向偏振模式在薄板外的電場分布；圖3(a)為薄板外 輻射場中x方向偏振電場Ex的場分布，圖3(b)為薄板外輻射場中y方 向偏振電場Ey的分布。圖4為沿y方向偏振模式在薄板外的電場分布；圖4(a)為薄板外 輻射場中x方向偏振電場Ex的場分布，圖4(b)為薄板外輻射場中y方 向偏振電場Ey的分布。圖5為采用ZnO材料作為有源層時得到的波長譜，此時微腔的模式處于近紫外波段。 具體實施例方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具 體實施例，并參照附圖，對本專利技術進一步詳細說明。如圖1所示，圖l(a)為本專利技術提供的光子晶體微腔結構的俯視圖， 圖l(b)為其的薄板結構的立體圖。該光子晶體微腔采用準三位的光子 晶體薄板結構，并在結構上做了一系列修正。該結構是三角晶格空氣孔結構，采用準三維的光子晶體薄板結構， 由形成于半導體材料薄板上的空氣孔構成，該結構的中心為缺陷腔， 與缺陷腔最鄰近六個空氣孔的半徑小于其他空氣孔的半徑，該結構在 半導體材料薄板平面的縱向(y方向)上進行了拉伸。所述的半導體材料為任意有源高介質折射率材料，如m—v族半導體量子阱或量子點材料如GaN/AlGaN材料，GaAs/AlGaAs材料，或 InP/InGaAsP材料、II一VI族半導體材料如ZnO材料等，其模式的波 長范圍可覆蓋近紫外到紅外波段。該結構可以具有兩種不同頻率的高偏振模式，并且偏振方向相互 垂直。如圖l(b)所示，微腔的準三位光子晶體薄板結構的周期為a，空氣 孔半徑為r，缺陷腔鄰近孔半徑修正后為r2，板的厚度為d，并沿y方 向拉伸到原來S倍。在這樣的一個腔結構中，存在簡并分離的兩個偶 極模，這兩個模式都具有良好的偏振特性，它們的偏振方向分別沿x 方向和y方向，調節周期a可以控制模式的波長。基于圖1所述的這種高偏振單偶極模的光子晶體微腔，以下結合 具體的實施例對本專利技術提供的高偏振單偶極模的光子晶體微腔進一步 詳細說明。 實施例一本實例中高偏振單偶極模光子晶體微腔中選用的是InP/InGaAsP 材料，其增益峰在紅外波段。三角晶格空氣孔結構的周期a:0.415iam，空氣孔半徑r-0.3a，與缺陷腔最鄰近六個空氣孔的半徑12 = 0.71，在 空氣孔所在平面的縱向(y方向)上拉伸了5=1.1倍，半導體材料薄 板的厚度d二0.55a。如圖2所示，微腔中存在簡并分離的兩個偶極模。(1)偶極模為 偏振沿x方向的TE模式。相應的模式波長為1.51 )Lim。如圖3所示， (a)、 (b)分別為其薄板外輻射場中x方向偏振電場Ex和y本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高偏振單偶極模的光子晶體微腔結構，其特征在于，該結構采用準三維的光子晶體薄板結構，由形成于半導體材料薄板上的空氣孔構成，該結構的中心為缺陷腔，與缺陷腔最鄰近六個空氣孔的半徑小于其他空氣孔的半徑，該結構在半導體材料薄板平面的縱向進行了拉伸。

【技術特征摘要】
1、一種高偏振單偶極模的光子晶體微腔結構，其特征在于，該結構采用準三維的光子晶體薄板結構，由形成于半導體材料薄板上的空氣孔構成，該結構的中心為缺陷腔，與缺陷腔最鄰近六個空氣孔的半徑小于其他空氣孔的半徑，該結構在半導體材料薄板平面的縱向進行了拉伸。2、 根據權利要求1所述的高偏振單偶極模的光子晶體微腔結構， 其特征在于，該結構是三角晶格空氣孔結構。3、 根據權利要求1所述的高偏振單偶極模的光子晶體微腔結構， 其特征在于，所述缺陷腔是通過去除中心空氣孔實現的。4、 根據權利要求1所述的高偏振單偶極模的光子晶體微腔結構， 其特征在于，所述半導體材料為有源高介質折射率材料，其模式的波 長范圍可覆蓋近紫外到紅外波段，該有源高介質折射率材料為III至V 族半導體量子阱或量子點材料，或者為II至VI族半導體材料。5、 根據權利要求4所述的高偏振單偶極模的光子晶體微腔結構， 其特征在于，所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭婉華，陳微，邢名欣，任剛，周文君，劉安金，陳良惠，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：11[]