[发明专利]一种可调谐注入锁定有机半导体DFB微腔激光放大器

说明书

一种可调谐注入锁定有机半导体DFB微腔激光放大器，属于有机光电子学和纳米光子技术研究领域。包括石英玻璃基底，在石英玻璃基底的上表面设有光刻胶光栅模板，光刻胶光栅模板上表面填充有一层有机半导体增益介质材料，同时有机半导体增益介质材料的下表面也形成光栅结构，石英玻璃基底、光刻胶光栅模板、有机半导体增益介质材料构成有机半导体DFB微腔。实现一种高效、微型化的有机半导体激光放大器件，获得了远场模式质量高、发散角小、输出激光波长可控、可调谐的飞秒脉冲激光放大输出，对有机半导体激光器件、微腔激光技术、激光放大技术的发展具有重要作用。

技术领域

本发明属于有机光电子学和纳米光子技术研究领域，具体涉及有机半导体微腔激光器研究方向。将注入锁定放大技术应用于有机半导体分布反馈式(DFB)微腔激光器，对注入微腔的飞秒种子光脉冲实现放大，并实现放大器输出光波长的调谐。

背景技术

有机半导体材料种类丰富，具有很高的光学增益系数与较宽的增益带宽，可以作为激光振荡器与放大器的增益介质。有机半导体器件制备工艺简单，易于实现器件的柔性化、集成化。这些特性使基于有机半导体材料的激光器具有重要的科学研究意义和广泛的应用前景。目前，基于有机半导体的光放大器鲜有报导，这主要因为此类激光器通常采用薄膜结构，注入光一次性通过增益介质薄膜，其放大性能受增益长度的限制，很难实现高能量或高功率放大，也很难克服薄膜激光器件模式差、发散角的问题。这些都直接影响了有机半导体激光器的实用化。

注入锁定技术被广泛应用于固体激光器、半导体激光器、光纤激光器等领域，常用来改善激光振荡器/放大器的输出性能，包括抑制噪声、改善激光模式和发散角、压缩脉宽、调节输出波长等。DFB微腔是有机半导体激光器的常用结构。但是其输出光斑模式质量差、光束发散角大，会引起很大的能量损耗，不利于输出光的直接远场应用。

本发明将注入锁定放大技术与有机半导体DFB微腔激光器相结合，实现一种高效、微型化的有机半导体激光放大器件，获得了远场模式质量高、发散角小、输出激光波长可控、可调谐的飞秒脉冲激光放大输出，对有机半导体激光器件、微腔激光技术、激光放大技术的发展具有重要作用。

发明内容

本发明基于上述问题和背景技术，提出将注入锁定技术用于有机半导体DFB微腔激光器，不仅可以利用微腔结构实现注入飞秒光脉冲的反馈放大，极大地提高有机半导体器件的放大效率；还可以使放大器输出光具有DFB微腔的低阈值、窄带宽特性。注入光以一定角度入射时，一部分光经衍射耦合进入微腔并与被激发的增益介质相互作用，其中满足布拉格条件的注入光可以通过分布反馈放大并衍射输出。改变微腔的有效折射率或光栅周期以改变微腔的共振波长，可以实现对放大器输出光波长的调谐；另外改变注入光注入微腔的入射角时，经光栅衍射耦合进入微腔的光波长会发生变化，从而改变放大器输出光的波长。放大器输出光的横模模式由注入光决定，通过使用准直性好的注入光锁定放大器输出光的横模模式，可以极大地优化输出光的发散角，以实现输出光的远场应用。

为实现上述目的，本发明的一种可调谐注入锁定有机半导体DFB微腔激光放大器，其特征在于，包括石英玻璃基底(8)，在石英玻璃基底(8)的上表面设有光刻胶光栅模板，光刻胶光栅模板上表面填充有一层有机半导体增益介质材料(13)，同时有机半导体增益介质材料(13)的下表面也形成光栅结构，石英玻璃基底(8)、光刻胶光栅模板、有机半导体增益介质材料(13)构成有机半导体DFB微腔。

进一步优选有机半导体增益介质材料(13)的下表面的光栅结构与光刻胶光栅模板的光栅结构贴合在一起且互补。

有机半导体增益介质材料(13)的下表面的光栅结构参数优选如下，光栅高度为80-500nm，光栅周期依据增益介质材料的荧光发射光谱或待放大光脉冲的中心波长确定；在可见光谱区，光栅周期一般在280-420nm范围内；光栅的占空比基本为1:1,单个光栅栅线的宽度随周期大小变化，约为周期的一半。

光刻胶光栅模板为光刻胶直光栅(10)、光刻胶啁啾光栅(11)、光刻胶倾斜光栅(12)。