[发明专利]对称结构腔的钙钛矿耐水激光器及其制备方法

说明书

一种对称结构腔的钙钛矿耐水激光器，包括激光增益介质和对称结构谐振腔，其中激光增益介质为钙钛矿薄膜发光材料；所述的谐振腔为石英SiOsubgt;2/subgt;玻璃组成，包括第一反射镜和第二反射镜，两个反射镜用紫外固化胶粘贴和封装。本发明增益介质具有高的增益特性，便于实现粒子数反转，有利于产生低阈值受激辐射现象；谐振腔为采用平行对称的法布里珀罗腔结构，与钙钛矿增益介质形成三明治夹层，可以有效的限制增益介质内的载流子传输，并形成光反馈，在光泵浦下，实现室温环境及水下激光发射。

技术领域

本发明设计一种钙钛矿激光器，特别涉及一种对称结构腔的钙钛矿耐水激光器及其制备方法。

背景技术

钙钛矿是具有ABX₃结构的一类化合物。A位通常是一价阳离子，B位通常是二价金属阳离子，X位现在一般是卤素阴离子。近年来，由于钙钛矿材料优异的特性，如较大的吸收系数、较低的缺陷态密度和较长的载流子扩散长度等，在太阳能电池、光电探测器、LED和激光领域有着广泛的应用前景。

由于钙钛矿材料优异的增益特性，作为增益介质应用在激光领域发展迅速。考虑到尺寸的需求，对于小型化的激光器，当增益介质的物理体积减小到亚波长尺度的时候，为了产生激光共振模式，光学增益需要克服腔损耗。目前大多数的钙钛矿激光是无外腔结构，利用自身和环境的折射率差形成的全反射将光场限制在增益介质内部，如纳米线，纳米片，微球和立方块等结构；外加辅助腔结构同样会获得优异的激光质量，如外加DBR结构和DFB结构。

垂直腔面发射激光器(VCSEL)被认为是光子集成电路(PIC)的一种理想光源，其单模操作和表面发射特性产生的圆形和无像散光束，易于耦合到光纤和其他光学元件。

通过超结构实现的基于VCSEL结构的光子集成电路紧凑且非常有效率，在数据通讯、光传感、成像和光互连等领域有着非常重要的作用。目前主流的VCSEL是由两块平行的DBR反射镜构成。每块DBR反射镜是由每层光学厚度仅为四分之一波长的高低折射率层交替形成的，在谐振波长处可以达到0.99甚至更高的反射率。然而，VCSEL激光器在尺寸缩减方面比较困难，特别是在亚波长尺度，难以满足片上光子信息处理系统光学元件进一步小型化的要求。

进一步优化腔结构，和优异的钙钛矿增益介质相结合，同时满足低阈值高质量的需求成为钙钛矿激光器发展的趋势。目前大部分的钙钛矿垂直腔面发射激光器主要是利用传统的DBR结构将钙钛矿材料形成夹心结构，如专利CN 111446619 A，CN 110504618 A和CN111711072A分别实现准二维钙钛矿单晶垂直腔面发射激光器、钙钛矿单晶薄膜垂直腔面发射激光器和量子点薄膜垂直腔面发射激光器。以上采用传统的DBR结构的做法无法实现进一步的小型化钙钛矿激光器的发展，不利于钙钛矿垂直腔面发射激光器在光子集成芯片的应用。

发明内容

为解决以上问题，本发明旨在提供一种具有简易结构的适用于钙钛矿微纳激光的谐振腔，并与钙钛矿增益介质相结合，实现一种具有简易结构的、高性能低阈值的钙钛矿激光器。

为达到以上目的，本发明的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种对称结构腔的钙钛矿耐水激光器，包括第一反射镜、激光增益介质层和第二反射镜，其特点在于，所述的激光增益介质层为钙钛矿材料，容易实现粒子数反转和受激辐射光放大；所述的第一反射镜和第二反射镜为石英玻璃材质(n～1.46)，与所述钙钛矿材料(n～2.3)形成折射率差；所述的激光增益介质层合成在所述的第一反射镜上，所述的第二反射镜垂直平整的压盖在所述的激光增益介质层上，并与所述的第一反射镜形成对称的法布里珀罗腔镜结构。

进一步，所述的垂直谐振腔包括第一反射镜和第二反射镜，两块反射镜将共同作用，为增益介质提供高效的反馈，实现受激辐射放大。

进一步，所述的反射镜为单层二氧化硅玻璃材质，所选的厚度为300μm，折射率为1.46左右，低于钙钛矿材料的折射率，以便为钙钛矿增益介质提供反馈条件，有效的限制发射光在增益介质内部传输。