[00327558]半导体微纳激光器试用

近年来，探讨了不同类型的光学微腔，围绕基于圆顶形液滴微纳结构的柔性激光器开展研究，获得了同行的肯定；巧妙利用表面修饰技术，在高性能激子材料与器件的设计与应用方面做出了系统性的创新工作。开展了微纳垂直腔面发射激光器（VCSELs）以及回音壁模式微纳激光器的研究。从增益材料的调控出发，利用激光光谱技术分析讨论材料的光学特性，制备高增益的半导体量子点材料，实现半导体微纳激光器的室温激射。

应用市场

1.超灵敏传感

我们也提出将微纳谐振腔的概念引入到重金属检测中。通过微纳加工技术制备微纳谐振腔，利用激光器作为光源，锥形光纤作为波导以及探测器采集强度。通过表面改性技术在微腔的表面连接能够捕捉重金属离子的有机官能团。当光纤的倏逝波与微腔实现耦合之后，可以通过探测器接收到的信号来判断峰位是否有移动。由于微纳谐振腔的品质因子很高，既使微小的折射率变化（重金属离子的成功捕捉）也会引起谱线峰位的移动。根据这种原理，可以大大提高微纳传感器对重金属离子检测的灵敏度。

2.微纳激光显示

平板显示产业是电子信息产业中一个重要的分支，是国民经济和社会发展中一个重要的产业，对社会经济的发展具有显著的拉动效应。目前，显示技术正朝着广色域、长寿命、高效率、低功耗、节能环保等优点方向发展，传统的显示技术已经无法满足这些日益增长的需求。因此，开发符合发展趋势的显示产品无疑是显示领域科技工作者的共识。自1970年实现室温连续输出以来，激光技术的发展就十分迅速。由于激光在单色性、方向性和亮度等方面的优异特性，十分适合应用在显示方面。激光显示可以提供接近人眼感知极限的色彩，有超高的亮度和对比度；此外，激光具有相干性和偏振特性，能够实现大尺寸、任意形状屏幕投影；同时，激光有长的寿命和色彩的高稳定性，是被公认为继黑白显示、标准彩色显示、LCD高清数字显示之后的下一代主流显示技术。本项目基于半导体量子点纳米材料制备三基色微纳激光器，并在此基础上实现小尺寸的激光显示器件，如便携式激光投影仪等。

3.直腔面发射激光器的结构仿其与设计

系统研究了半导体垂直腔面发射激光器的设计以及热模拟分析，取得了一系列成果。利用传输矩阵法（Transport Matraix Method：TMM）分析谐振腔的共振模式，针对特定有源增益材料设计布拉格反射镜及腔长，形成品质优良的谐振腔。同时引入多次反射与吸收的概念，提高器件的光泵浦效率。众所周知，垂直腔面发射激光器的热效应比较严重，过高的温度会导致光腔谐振模式的移动，降低输入激光的功率。因此，有效抑制激光器的热现象对保证高质量激光的输入具有重要的意义。研究组利用有限元（Finite Element Method：FEM）模拟仿真技术，讨论分析不同的热沉材料对垂直腔面发射激光器的热现象。研究发现，利用热导率较高的金刚石材料作为激光器的热沉材料，可以有效加快激光器的散热现象，降低激光器工作室的升温，从而保证高质量光束的输出。通过亲水键和的方式将热沉材料与激光器进行键和，可以有效抑制激光器的升温现象。这些研究对本实验室拟研发的课题具有重要的指导意义。