[发明专利]一种低阈值回音壁激光器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种低阈值回音壁激光器及其制造方法，激光器包括基底和制备于基底上的回音壁微腔，基底为金纳米薄膜，回音壁微腔为掺杂有激光染料PM597的聚合物纤维。方法中通过静电纺丝将掺杂有激光染料PM597的聚合物纤维制备于金纳米薄膜上，得到低阈值回音壁激光器。本发明激光器能稳定的输出回音壁激光，并降低回音壁激光的阈值，在制造高效光等离体器件方面有重要应用前景，同时其低成本和易制作的特点有望应用在微纳光学集成系统上。

技术领域

本发明涉及回音壁激光器领域，具体是一种低阈值回音壁激光器及其制作方法。

背景技术

回音壁激光就是利用高Q值回音壁模式的介质微腔而获得。所谓回音壁模式就是指耦合进入微腔内的光波在微腔内表面不断进行全反射,从而被约束在腔内并沿腔的边界传输。尽管传统激光器中的法布里-珀罗(FP)腔也能达到较高的 Q 值，并且在很多领域中都被广泛应用。但是其腔体尺寸较大，不易于集成,，并且高反射率的腔镜造价高昂且需要复杂的稳定装置，这些都严重限制了FP腔的应用。而回音壁激光器可以支持非常稳定的高Q谐振模式，并且具有尺寸小、制备方便的优点，在单纳米颗粒检测领域和生物传感方面以及光电集成芯片等多个方面有着重要应用前景。

目前对于改善回音壁激光激发阈值的许多报道已经说明了该项研究可以在多种体系中实现。例如2014 年，陈瑞等人报道了一种用聚二甲基硅氧烷(PDMS) 弹性体封装掺杂染料的聚合物微纤维，实现了阈值为 0.97μJ的回音壁模式激光。而北京大学的龚旗煌则在研究微芯圆环谐振腔时引入了金属，在微腔中首次观察到了一种外部回音壁模式激光，分析后表示该激光的Q值明显高于没引入时。但是现有研究在回音壁激光阈值和激发效率还存在着不足。

而等离激元模式，包括表面等离激元和局域表面等离激元，具有深亚波长限制和强近场增强效应，这能进一步增加回音壁微腔的倏逝场，使得回音壁激光的阈值得到有效降低，并且提高回音壁激光的激发效率。本发明基于以上考虑，提出了基于金纳米薄膜和聚合物纤维的低阈值回音壁激光器及其制作方法，能在较低阈值下实现了回音壁模式激光的输出，在制作高效光等离体器件方面有重要应用价值，同时其低成本和易制作的特点也有应用在微纳光学集成系统上的前景。

发明内容

本发明提供了一种低阈值回音壁激光器及其制作方法，以解决现有技术回音壁激光器的激光阈值和激发效率不足的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种低阈值回音壁激光器，包括基底和制备于基底上的回音壁微腔，所述基底为金纳米薄膜，所述回音壁微腔为掺杂有激光染料PM597的聚合物纤维，所述聚合物纤维成分为聚甲基丙烯酸甲酯，所述激光染料PM597作为回音壁微腔的增益介质。

进一步的，所述聚甲基丙烯酸甲酯加入激光染料PM597后，通过静电纺丝工艺制备于金纳米薄膜上形成掺杂有激光染料PM597的聚合物纤维。

进一步的，所述低阈值回音壁激光器的发光波段为560~600nm，半峰宽为0.3nm，阈值为0.2μJ。

一种上述低阈值回音壁激光器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、制备金纳米薄膜；

步骤2、将聚甲基丙烯酸甲酯溶解于丙酮中形成溶液，并向溶液中溶入激光染料PM597，得到静电纺丝溶液；

步骤3、采用静电纺丝工艺将步骤2得到的静电纺丝溶液制备于步骤1得到的金纳米薄膜上，然后静置使丙酮彻底挥发，得到基于金纳米薄膜和聚合物纤维的低阈值回音壁激光器。

进一步的，步骤1中采用离子溅射制备金纳米薄膜。

进一步的，步骤2中，聚甲基丙烯酸甲酯、丙酮、激光染料PM597的质量分数分别为20%、79.5%、0.5%。

进一步的，步骤3所述静电纺丝工艺中，在形成电场的正极施加10~15KV的正电压，在形成电场的负极施加1.5~2.5KV的负电压。