[发明专利]高偏振单偶极模的光子晶体微腔结构

说明书

技术领域

本发明涉及光学微腔，尤其涉及一种高偏振单偶极模的光子晶体微腔结构。

背景技术

激光技术和探测技术已经广泛应用于军事、医疗、通讯、多媒体等技术领域。而光子晶体微腔已经成为实现激光器和探测器的重要手段之一，特别是在实现小体积、低阈值的激光器中和高精度探测器上，光子晶体微腔更是不可或缺。

光子晶体是一种折射率周期性变化的结构，缺陷腔的引入可使光子带隙中出现某些模式，利用腔对腔模的限制作用可以实现模式的激射或是模式的耦合探测。腔模的特性取决于微腔的结构，因此所得到的激光特性或是探测性能也就取决于腔的设计。

光子晶体微腔设计有过很多报道，也有各种方法用以控制偏振特性。在VCSEL中引入椭圆孔的光子晶体可以实现对出射激光偏振特性的控制，另外，O.painter等人在文献：“Oskar Painter and Kartik Srinivasan，“Polarization properties of dipolelike defect modes in photonic crystalnanocavities”，Opt.Lett 27，339-341，2002”中也报道过具有消光比为25：1的x-dipole模式的三角晶格微腔。由于在工艺实现上会存在一定的误差，孔的形状会对结果有影响，而采用圆形的孔相对来说效果更佳，因此圆孔型的光子晶体微腔更适合实现高偏振的单模微腔。

由于高偏振单模的要求，模式的选择就很重要，而且为了能够使模式在腔中形成振荡，模式也必须具有高的品质因子，这些都对光子晶体微腔结构的设计提出了要求。因此，要合理的设计微腔的结构，使得在工艺上能够较容易的获得理想性能的结构。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明提供了一种高偏振单偶极模的光子晶体微腔结构，解决了光子晶体微腔的设计问题，达到了高偏振单偶极模激射和高光谱分辨率和高偏振分辨率探测的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种高偏振单偶极模的光子晶体微腔结构，该结构采用准三维的光子晶体薄板结构，由形成于半导体材料薄板上的空气孔构成，该结构的中心为缺陷腔，与缺陷腔最邻近六个空气孔的半径小于其他空气孔的半径，该结构在半导体材料薄板平面的纵向进行了拉伸。

优选地，该结构是三角晶格空气孔结构。

优选地，所述缺陷腔是通过去除中心空气孔实现的。

优选地，所述半导体材料为有源高介质折射率材料，其模式的波长范围可覆盖近紫外到红外波段，该有源高介质折射率材料为III至V族半导体量子阱或量子点材料，或者为II至VI族半导体材料。

优选地，所述III至V族半导体量子阱或量子点材料为GaN/AlGaN材料、GaAs/AlGaAs材料或InP/InGaAsP材料；所述II至VI族半导体材料为ZnO材料。

优选地，该结构具有两种不同频率的高偏振模式，并且偏振方向相互垂直。

优选地，所述三角晶格空气孔结构的周期a，空气孔半径r＝0.3a，与缺陷腔最邻近六个空气孔的半径r₂＝0.7r，在空气孔所在平面的纵向上拉伸了δ＝1.1倍，半导体材料薄板的厚度d＝0.55a。

优选地，所述空气孔所在平面的纵向为y方向。

优选地，所述半导体材料薄板平面的纵向为y方向。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种高偏振单偶极模的光子晶体微腔结构，由于针对缺陷腔邻近的孔进行了修正，提高了腔中偶极模的品质因子，在激光器应用方面，更容易实现模式的激射，在光探测应用方面，提高了探测的光谱分辨率。

2、本发明提供的这种高偏振单偶极模的光子晶体微腔结构，在一个方向上进行了晶格拉伸，因此能够实现偶极模的分离，在激光器应用方面，将得到单模激射，同时由于偶极模本身的高偏振特性，因此能够获得高偏振的单偶极模激射，在光探测方面，将实现有偏振选择的探测，提高了探测的光谱分辨率和偏振分辨率。

3、本发明提供的这种高偏振单偶极模的光子晶体微腔结构，其选用的材料范围广泛，模式波长范围覆盖近紫外到红外波段。因此能够在很宽的波段实现激光和探测。

4、本发明提供的这种高偏振单偶极模的光子晶体微腔结构，采用的空气孔为圆形，这从工艺实现上来说，生成的误差相对较小。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：