[发明专利]一种回音壁模式光子学器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光子学器件及其制备方法，尤其涉及一种回音壁模式光子学器件及其制备方法。

背景技术

随着信息网络技术的迅速发展，人们要面对的信息量与日剧增，对信息存储和处理器件的性能提出了更高的要求，信息时代的发展迫切需要研究和开发高性能的集成光学器件，用以解决集成电子学面临的运行速度限制和小尺度下的热效应问题。较之线性结构的法布里-琣罗谐振腔，环形回音壁模式微腔表现出更高的品质因数，因而能够对透射或发光光谱进行更高分辨率的调制，实现一系列基于谱线模式调制的集成光子学功能。单个回音壁微腔的制备方法已经发展的较为成熟，包括玻璃熔融小球，电子束离子束加工微结构和聚合物微球腔等等。然而，这些方法面临着工艺繁琐和可控性差的问题，更重要的是，无法实现阵列化和图案化的多微腔耦合结构的制备，用以实现功能化的回音壁模式光子学回路。因此，发展一种低成本、可控制和大范围的制备微米环形波导结构的方法具有很强的实用价值和产业前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种回音壁模式光子学器件及其制备方法。

本发明的另一个目的在于提供一种所述回音壁模式光子学器件中的微米环阵列结构的制备方法及其制备的微米环阵列结构。

本发明提供如下技术方案：

一种回音壁模式光子学器件，所述器件中包括一回音壁模式光学谐振微腔，所述微腔包括一微米环阵列结构。

根据本发明，所述微米环阵列结构为聚合物微米环阵列结构。

根据本发明，所述器件为光子学激光集成元件、光子学调制集成元件或光子学传感集成元件。

根据本发明，所述阵列结构中的环形结构的高度在0.2-2微米，直径在20-400微米。

本发明还提供如下技术方案：

一种上述回音壁模式光子学器件中的微米环阵列结构的制备方法，包括如下步骤：

1）将能形成薄膜的物质与溶剂混合，搅拌；

2）向步骤1）的体系中加入发光材料，得到混合溶液；

3）将上述混合溶液旋涂于基片上，干燥，得到薄膜；

4）通过喷墨打印将溶剂液滴打印在薄膜基底上，通过“咖啡环效应”形成所述微米环阵列结构；

另外，步骤3）和4）也可以替换为如下步骤3a)：在基片上直接喷墨打印步骤2）所得的混合溶液，通过“咖啡环效应”形成所述微米环阵列结构。

根据本发明，优选地，所述能形成薄膜的物质选自聚合物；更优选地，所述聚合物选自聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯醇（PVA）、聚二甲基甲酰胺、聚二甲基硅氧烷、聚乙烯吡咯烷酮、聚芴、聚吡咯等易于成膜的聚合物。

根据本发明，所述能形成薄膜的物质在溶液中的质量百分比浓度为10-50毫克每毫升。优选地，所述溶剂为有机溶剂，可选自甲苯、氯仿、二甲基甲酰胺等。优选地，所述发光物质选自有机染料、量子点和稀土离子掺杂纳米颗粒等，所述有机染料选自罗丹明（如罗丹明6G）、香豆素（如香豆素6）、尼罗蓝等；所述发光物质在能形成薄膜的物质中的质量百分比为0.2-10%，优选0.5-2.5％。

根据本发明，在步骤3）中，所述基底选自石英片、玻璃片、导电玻璃片、氟化镁（MgF₂）片、金属薄膜或增强反射镜等。

根据本发明，在步骤1）中，所述搅拌温度为25-50℃，搅拌时间为2-5小时。步骤3）中，旋涂转速为2000-5000转/分，优选4000转/分。步骤4）中，喷头孔径（液滴尺寸）为10-200微米，优选20-80微米，更优选50微米，样品台温度25-60℃，优选40-60℃。

根据本发明，在步骤3）中，所述薄膜的膜厚在100纳米-200纳米左右。

根据本发明，上述制备方法还包括以下步骤：通过将光输入微米环阵列结构中实现光子学功能。优选地，通过近场耦合或远场泵浦的方式输出光信号，通过近场耦合或远场收集的方式探测输出光信号。

本发明还提供如下技术方案：

一种用于回音壁模式光子学器件的微米环阵列结构，其通过上述制备方法制备得到。

一种上述回音壁模式光子学器件的制备方法，其包括上述的微米环阵列结构的制备方法。

本发明的有益效果：