光纤端面微腔激光器的发射特性研究

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随着微纳光学的快速发展,人们对微腔激光器小型化和集成化的需求日益增长。微腔激光器由增益介质和微谐振腔组成,其中微谐振腔的尺寸在微米/亚微米量级。它具有以下特性:低阈值、低功耗、快响应、高质量因子(Q值)。此外该类器件尺寸小,便于集成,如可将其集成到光纤端面或侧壁上。基于以上特性,微腔激光器在无散斑成像、光学传感、医学检测、神经网络和光通信等方面具有潜在应用价值。近年来,国内外课题组对微腔激光器进行了广泛研究,包括法布里珀罗微腔、分布反馈微腔、随机微腔、回音壁微腔等。本文中,我们主要研究两种微腔激光器:随机激光器和回音壁微腔激光器。考虑到光纤具有柔性、定向性高、损耗小、成本低、易与其他设备对接等特点,将微腔激光器与光纤进行集成,可使光学系统更紧凑。该类器件可方便地用于无散斑成像、光学传感及医学检测。基于此,本文致力于光纤端面随机激光器/回音壁微腔激光器的研究。通过对增益介质、微谐振腔结构的设计和优化,成功在光纤端面制备了微腔激光器,并研究了其荧光/激光发射特性。本文的主要研究内容如下:1.光纤端面随机激光器的设计、制备与优化。通过对增益介质的选取和制备方法的优化,实现了光纤端面随机激光发射,并将其作为光源,实现了高质量的无散斑成像。(1)蘸涂法。通过前期对增益材料和制备方法的摸索,选取有机-无机杂化钙钛矿(MAPb Br3)为增益介质,采用简单低成本的“两步蘸涂法”在光纤端面上成功制备了随机激光器。在光泵浦条件下,实现了光纤端面随机激光发射。该激光器件的阈值为32.3μJ/cm~2,激光线宽为4 nm,发散角小于60°,空间相干度为0.6279。以该激光器件为光源,研究了随机激光用于无散斑成像的效果和特点。(2)喷墨打印法。作为改进方案,我们对制备方法的可控性进行了研究,采用喷墨打印技术,以MAPb Br3溶液作为墨水,打印到光纤端面上,实现了随机激光器的制备。基于喷墨打印法的良好可控性,可实现微腔位置和大小的定制。我们在光纤端面上依次打印不同的增益介质(MAPb Br3和MAPb I3),研究了光纤端面双色随机激光器的设计和制备,正在进一步优化参数,以期获得激光发射。2.光纤端面回音壁微腔激光器的设计、制备与优化。利用喷墨打印法可实现边缘光滑的圆盘结构,该类圆盘结构可以作为回音壁微腔实现激光发射。我们选取Cd Se/Cd S/Zn S红光量子点作为增益介质,通过调节实验参数,可在光纤端面上制备尺寸可控的圆盘结构。在光泵浦条件下,实现了光纤端面回音壁微腔激光发射。后续将进一步进行传感实验。
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