基于溶胶凝股薄膜的新型片上氧化硅微型激光器
[Abstract]:In recent years, optical resonators, especially optical microcavities, have become more and more important research hotspots in many fields due to their advantages of high quality factor and small mode volume, including fundamental research and applied research, such as cavity opto-mechanics, cavity-quantum electrodynamics, nonlinear optics, biosensors and micro-lasers. Low threshold and narrow linewidth lasers can be fabricated by using high quality factor optical microcavities. The Q value of the microcavities fabricated by firing fiber cones is close to 1010. The Vahala research group of California Institute of Technology fabricated the echo wall mode silicon oxide microcavity by using photolithography, HF etching, XeF2 dry etching, CO2 laser reflux and so on. In this paper, the fabrication of the echo-wall mode optical microcavity and its application in lasers are studied in detail. The rare earth doped silicon oxide optical microcavity is prepared by sol-gel method, and a low threshold micro-laser can be obtained. The main contents of this paper are as follows: 1. The preparation technology of silicon oxide film on silicon wafer surface by sol-gel method is studied. By improving the composition of solution in sol-gel method, aging drying time and high temperature annealing method, we have prepared dense and crack-free silicon oxide film with thickness ranging from 200 nm to 2 micron. Silicon oxide thin films with different doping concentration can be prepared by adding any kind and concentration of rare earth elements into the sol-gel process. The experimental results show that under the same preparation process, with the increase of doping concentration, the prepared silicon oxide thin films will become thinner. The fabrication process of the doped thin films will be slightly different.2.The fabrication process of the microfiber is briefly discussed.The fabrication process of the microcavity in the echo-wall mode is discussed in detail,including photolithography,HF wet etching,XeF2 dry etching,CO2 laser reflux and so on.The erbium-doped silica thin films with thickness of about 1.3 micron are prepared by sol-gel method. Erbium-doped silicon oxide micro-disk cavity and micro-ring core cavity were fabricated. By controlling the time and rate of XeF2 gas isotropic etching the silicon column, the diameter of the silicon column was controlled within 5 micron. After CO2 laser reflux, we first fabricated the integrated Erbium-doped silicon oxide micro-disk cavity. In the optical microcavity, we have observed upconversion green light of erbium ions. Laser spectra of erbium-doped microcavity core cavity and microsphere cavity laser have also been measured. The threshold value of microsphere cavity laser can be as low as 976 nW.3. Neodymium-doped silicon oxide thin films were prepared by sol-gel method, and then different size and different concentration of neodymium-doped silicon oxide micro-rings were prepared. Core cavity. Pumped by a 780 nm tunable laser, the laser spectra were measured at 910 nm and 1064 nm, with thresholds of 108.5 and 1.6 mu W, respectively. The thickness of Tb-doped SiO_2 thin films and Tb-Ho co-doped SiO_2 thin films with different concentration ratios were about 1.35 micron. Then the Tb-doped and Tb-Ho co-doped micro-ring core cavities were fabricated by integrated technology. Using tunable laser pumping at 1.6 micron band, we measured that the Tb-doped micro-cavity laser was close to 2.5 micron. Laser spectra near micron have a minimum threshold of about 2.8 mu W. At the same time, we have also measured the laser spectra above 2 mu, and the minimum threshold is about 2.7 mu W. In addition, fluorescence images of different colors are observed when the pump wavelength is changed.
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN248
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,本文编号:2233231
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