一种可调谐激光器及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种激光器件，具体涉及一种可调谐激光器及其制备方法。


背景技术：

2.可调谐激光器是一种十分重要的激光源，被广泛应用于光谱学、光化学、医学、生物学、集成光学、污染监测、半导体材料加工、信息处理和通信等领域。根据调谐方式的差异，常见的可调谐激光器包括分布式反馈(dfb)激光器、分布式布拉格反射器(dbr)激光器、基于微机电系统(mems)的可调谐垂直腔面发射激光器(vcsel)、可调谐光纤激光器等。
3.钙钛矿因具有独特的光学性质、可调谐光谱、高缺陷容限、低成本和易于加工等优点，近年来被认为是一种很有前途的激光材料，钙钛矿材料最凸出的优点是可以通过分子设计对发射波长进行调节，其波长调谐范围覆盖了紫外到红外光区，因此能够适用于可调谐激光器或宽带放大器。
4.钙钛矿激光器的谐振腔主要采用回音廊壁模式(wgm)、分布反馈(dfb)、或分布布拉格反射镜(dbr)实现。其中，具有dbr谐振器的垂直腔面发射激光器(vcsel)以其具有单模输出和易于集成的特点而备受关注。
5.目前，采用铅基钙钛矿作为激光器的增益材料，结合具有光谱匹配的dbr谐振器来实现钙钛矿vcsel(pe-vcsel)，例如，使用10对交替的hfo2/sio2层形成dbr谐振腔，并使用fapbbr3作为增益材料，制备了具有低阈值(～18.3μj/cm2)的552.4nm绿色激光器；另外，例如采用溶液法在dbr上制备了11层钙钛矿型纳米晶(cspbx3，x＝cl，br，i)，然后将顶部的dbr粘合在一起，制备了红色、绿色和蓝色的pe-vcsel。
6.然后现有的dbr结构钙钛矿激光器大多为固定波长输出模式，其输出波长主要由dbr结构的共振峰和谐振腔的fp峰决定，波长单一不可调谐。


技术实现要素：

7.为改善现有技术的不足，本发明提供了一种波长可调谐激光器，其中，为了实现波长可调谐，在常规的底部布拉格反射器和顶部布拉格反射器二层结构中引入楔形增益层结构，实现在同一激光器件中波长的精确连续可调谐的目的。
8.本发明提供一种可调谐激光器，所述激光器包括在衬底上依次生长的底部布拉格反射器、楔形有源区和顶部布拉格反射器，所述底部布拉格反射器、楔形有源区、顶部布拉格反射器构成谐振腔，所述楔形有源区与顶部布拉格反射器和/或底部布拉格反射器相接触的侧面为倾斜面。
9.需要说明的是，在本技术中，“有源区”和“增益区”表示相同的含义，可以任意替换使用。此外，“有源层”和“增益层”表示相同的含义，可以任意替换使用。
10.根据本发明的实施方案，“楔形”是指具有两个平行的第一端面和第二端面、以及连结所述第一端面和第二端面的四个侧面的结构，其中，所述四个侧面中，两个侧面与顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器相接触，且至少一个相接触的侧面为倾斜面。
11.根据本发明的实施方案，所述楔形有源区与顶部布拉格反射器相接触的侧面为倾斜面。
12.根据本发明的实施方案，所述楔形有源区与顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器相接触的侧面之间的夹角(倾斜角)为4
×
10-6-4
×
10-5
rad，优选所述楔形有源区与顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器相接触的侧面之间的夹角(倾斜角)为8
×
10-6-2.0
×
10-5
rad。
13.根据本发明的实施方案，所述两个平行的第一端面和第二端面均为矩形，并且，第一端面的矩形面积小于第二端面的矩形面积。
14.根据本发明的实施方案，所述楔形有源区的第一端面和第二端面与顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器不相接触的边的长度h(即激光器的纵截面中楔形有源区的厚度，例如参见图2)为100nm-1100nm，优选为200nm-800nm，例如为130nm、150nm、380nm、230nm和430nm。
15.根据本发明的实施方案，所述可调谐激光器的发射波长在可见光波段，所述可见光波段是指波长为400-760nm的波段，优选所述可见光波段的波长为450-600nm；示例性地，在激发波长为288nm的入射光激发下，其发射波长为444-471.8nm。
16.根据本发明的实施方案，所述衬底选用对发射波长及泵源低吸收的材料，例如为石英、硅或蓝宝石等。
17.根据本发明的实施方案，所述底部布拉格反射器的反射率大于99.9％；所述底部布拉格反射器的厚度为1500-4000nm，例如为2025.7nm。
18.根据本发明的实施方案，所述顶部布拉格反射器的反射率大于99％；所述顶部布拉格反射器的厚度为600-1500nm，例如为745.3nm。
19.根据本发明的实施方案，所述底部布拉格反射器、和顶部布拉格反射器包括交替设置的第一结构层、和第二结构层。
20.根据本发明的实施方案，所述第一结构层、和第二结构层选自对泵源和发射波长低吸收的材料。
21.根据本发明的实施方案，所述底部布拉格反射器中的第一结构层材料与顶部布拉格反射器中的第一结构层材料相同或不同。
22.根据本发明的实施方案，所述底部布拉格反射器中的第二结构层材料与顶部布拉格反射器中的第二结构层材料相同或不同。
23.根据本发明的实施方案，所述顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器中，所述第一结构层、和第二结构层的材料包括选自氧化物、卤化物和硫化物中的至少一种，所述氧化物包括teo2、ta2o5、siox(x＝1～2)、sinx(x＝1～1.5)，所述卤化物包括lif、mgf2，所述硫化物包括zns，例如所述第一结构层的材料为teo2、ta2o5，所述第二结构层的材料为lif、sio2。
24.根据本发明的实施方案，所述顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器中，第一结构层的折射率为n1、第二结构层的折射率为n2，所述n1为2.0-3.0，所述n2为1.3-1.7；所述n1与n2相同或不相同，例如不相同，优选所述n1大于n2。
25.根据本发明的实施方案，所述顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器中，所述第一结构层的厚度各自相同或不同，例如不同。
26.根据本发明的实施方案，所述顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器中，所述第
二结构层的厚度各自相同或不同，例如不同。
27.根据本发明的实施方案，所述顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器中，第一结构层的光学厚度l1和第二结构层的光学厚度l2相同或者不同，所述l1、l2与发射波长λ的关系为：l1＝m1λ/4，l2＝m2λ/4，其中，m1，m2为奇数。例如，所述底部布拉格反射器中，第一结构层的厚度为54.7nm，第二结构层的厚度为76.7nm；所述顶部布拉格反射器中，第一结构层的厚度为54.8nm，第二结构层的厚度为84.3nm。
28.根据本发明的实施方案，所述底部布拉格反射器和顶部布拉格反射器中，第一结构层和第二结构层的总层数为奇数，例如所述底部布拉格反射器的总层数为31层，所述顶部布拉格反射器的总层数为11层。
29.根据本发明的实施方案，所述楔形有源区的材料包含钙钛矿材料，所述钙钛矿材料选自三元卤化钙钛矿中的一种，优选地，所述三元卤化钙钛矿选自cs
x
cu
yix+y
、cs
x
cuybr
x+y
、cs
x
cuycl
x+y
(其中，x、y为大于0的整数，如：cs3cu2i5，x＝3，y＝2)、cssnbr3、cssncl3、cspbbr3和cspbcl3中的至少一种。
30.根据本发明的实施方案，所述楔形有源区的折射率n的范围为1.7-2。
31.根据本发明的实施方案，所述楔形有源区的厚度沿垂直光轴方向为楔形渐变，光学有效厚度(折射率与厚度的乘积)范围为λ/2-2λ，λ为400-650nm。
32.根据本发明的实施方案，所述楔形有源区为膜结构，例如为单层膜结构、或者为若干层膜交替叠加形成的膜结构。
33.根据本发明的实施方案，在若干层膜交替叠加形成的膜结构中，不同层膜的材料可以相同或不同，优选为不相同。
34.根据本发明的实施方案，不同层膜的厚度可以相同或不同，优选为不相同。
35.根据本发明的实施方案，所述楔形有源区通过蒸发镀膜的方式生长获得，具体而言，通过在镀膜机中加入周期旋转的挡板来获得楔形渐变有源层，例如所述挡板为扇形结构。
36.根据本发明的实施方案，所述楔形有源区的倾斜角可以通过控制扇形挡板扇面的角度来控制。
37.本发明还提供一种上述可调谐激光器的制备方法，该方法包括以下步骤：
38.步骤1：在衬底表面沉积形成底部布拉格反射器；
39.步骤2：在周期性遮挡的条件下，在所述底部布拉格反射器表面沉积三元卤化钙钛矿作为增益介质，形成楔形有源区；
40.步骤3：在楔形有源区的表面沉积形成顶部布拉格反射器。
41.根据本发明的实施方案，所述周期性遮挡通过设置在衬底上方可旋转的挡板实现，所述挡板可以为梯形或扇形等结构，优选地，所述挡板为扇形结构。
42.根据本发明的实施方案，步骤1中，在衬底表面沉积底部布拉格反射器之前，还包括以下步骤：清洗所述衬底，例如，将所述衬底依次在丙酮、异丙醇、去离子水中超声清洗5～20min后，紫外臭氧处理10～20min。
43.优选地，所述衬底具有如上所述的含义。
44.根据本发明的实施方案，步骤1中，在衬底表面沉积底部布拉格反射器包括：在衬底表面交替蒸镀第一结构层材料和第二结构层材料。
45.优选地，所述第一结构层材料、第二结构层材料具有如上所述的含义。
46.根据本发明的实施方案，步骤1中，在所述衬底表面蒸镀第一结构层材料和第二结构层材料包括：将第一结构层材料和第二结构层材料作为蒸发源材料放入真空镀膜机，在真空度达到5e-4pa以下时，交替蒸镀第一结构层材料和第二结构层材料。
47.作为一个实例，将经过清洗处理后的衬底片放入真空镀膜机中，将ta2o5和sio2作为蒸发源材料放入坩埚，开启镀膜机真空系统，待镀膜机真空系统的真空度达到5e-4pa以下时，开始交替蒸镀15.5对ta2o5和sio2，得到底部布拉格反射器。
48.根据本发明的实施方案，步骤2包括：将作为增益介质的三元卤化钙钛矿对应的蒸发源材料放入镀膜机中进行蒸镀。
49.根据本发明的实施方案，步骤2中，所述增益介质对应的蒸发源材料包括csx，以及选自pby2、cuy和sny2的至少一种，所述x、y选自cl、br、i中的任意一种，不同蒸发源材料中的x和y可以相同也可以不同。优选地，所述增益介质对应的蒸发源材料为csi、cui。
50.根据本发明的实施方案，步骤2中，在沉积三元卤化钙钛矿时是采用双源共蒸的方式。
51.根据本发明的实施方案，不同所述蒸发源材料的蒸发速率不相同，不同所述蒸发源材料的摩尔质量相同或不同，例如不同。优选地，蒸发源材料的蒸发速率为
52.作为一个实例，当所述增益介质为cs3cu2i5时，所述蒸发源材料为csi、cui，所述csi、cui的摩尔比为1.5:1-1:2，所述csi的蒸发速率为所述cui的蒸发速率为
53.根据本发明的实施方案，步骤2包括：在安装有转速可调的扇形挡板的镀膜机中，将增益介质对应的蒸发源材料放入坩埚内，将带有底部布拉格反射器的衬底置于转盘上，开启镀膜机真空系统，调整蒸发电流，使蒸发源材料的蒸发速率达到并稳定，调整所述挡板的旋转速率为10-20转/min，蒸镀增益介质薄膜至达到设定厚度，得到楔形有源区。
54.根据本发明的实施方案，在步骤2的蒸镀过程中，扇形挡板以固定转速旋转，转速范围在10-20转/min；优选为12-18转/min，更优选为14-16转/min。
55.根据本发明的实施方案，选择具有不同扇面角度的扇形挡板，可以实现对楔形倾斜角的控制，楔形倾斜角范围为4
×
10-6-4
×
10-5
rad。
56.优选地，步骤2中，在镀膜机中进行蒸镀时的真空度为5e-4pa以下。
57.根据本发明的实施方案，步骤3中，在所述楔形有源区表面沉积顶部布拉格反射器包括：在所述楔形有源区表面交替蒸镀第一结构层材料和第二结构层材料。
58.根据本发明的实施方案，步骤3中，在所述楔形有源区表面交替蒸镀第一结构层材料和第二结构层材料包括：将第一结构层材料和第二结构层材料作为蒸发源材料放入真空镀膜机，在真空度达到5e-4pa以下时，交替蒸镀第一结构层材料和第二结构层材料。
59.作为一个实例，将带有楔形有源区的衬底片放入真空镀膜机中，将teo2和lif材料作为蒸发源材料放入坩埚，开启镀膜机真空系统，待镀膜机真空系统的真空度达到5e-4pa以下时，在有源层材料上继续交替蒸镀5.5对的teo2和lif，得到顶部布拉格反射器。
60.根据本发明的实施方案，步骤3之后还包括以下步骤：将镀膜机放气泄压，取出器件，得到可调谐激光器。
61.本发明提供一种可调谐激光器，其采用上述方法制备得到。
62.本发明还提供一种用于蒸镀上述楔形有源区的蒸镀装置，包括转盘和至少一个坩埚，所述转盘用于承载衬底，所述坩埚用于放置蒸发源材料并使其蒸发，所述转盘和坩埚之间设置有挡板，所述挡板的一端连接动力机构，能够在动力机构的带动下旋转。
63.根据本发明的实施方案，所述挡板的结构具有如上所述的含义。
64.根据本发明的实施方案，所述挡板优选为扇形结构，扇形结构的角弧度为0.5236-3.1rad，半径为2-4英寸，优选所述扇形结构的角弧度为1.2-2.1rad，半径为2.2-3英寸，进一步地，所述扇形结构的角弧度为1.2-1.57rad，半径为2.5-2.7英寸。
65.根据本发明的实施方案，所述挡板平行于所述转盘设置。
66.根据本发明的实施方案，所述挡板与转盘之间的距离为2-5cm，优选所述挡板与转盘之间的距离为3-4cm。
67.本发明中的蒸镀装置包括位于转盘底部的挡板，挡板在使用过程中按一定速率旋转，由于挡板转动过程中，对衬底进行周期性遮挡，形成遮挡时，坩埚中的蒸发源材料被阻挡，不能进入衬底的底部，使得衬底上不同区域蒸镀的材料厚度不同，在具体使用时，根据实际需要，选择不同角弧度、半径的扇形挡板，实现对楔形膜层倾斜角的控制。
68.有益效果
69.本发明通过在常规的底部布拉格反射器和顶部布拉格反射器的二层结构中引入楔形增益层结构，能够实现在同一激光器件中波长的精确连续可调谐。
70.本发明通过在蒸镀楔形膜层时，挡板在动力机构的带动下以固定的转速旋转，由于挡板转动过程中，对衬底进行周期性遮挡，形成遮挡时，坩埚中的蒸发源材料被阻挡，不能进入衬底的底部，使得衬底上不同区域蒸镀的材料厚度不同，从而形成楔形增益层结构，方法较简单，还能够通过控制转速、不同角弧度、半径的扇形挡板，实现对楔形膜层倾斜角的控制。
附图说明
71.图1是本发明实施例1中制备的具有楔形有源区的激光器的蒸镀装置的结构示意图；其中，1001、1002-坩埚，1003-转盘，1004-挡板，1005-衬底。
72.图2是本发明实施例2制备的可调谐激光器的结构示意图。
73.图3是本发明实施例2制备的可调谐激光器顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器的反射光谱。
74.图4是本发明实施例2制备的可调谐激光器的反射光谱。
75.图5是本发明实施例2制备的可调谐激光器的光谱测试图。
76.图6是本发明实施例4制备的可调谐激光器的光谱测试图。
具体实施方式
77.下文将结合具体实施例对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。
凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
78.实施例1制备楔形结构激光器的蒸镀装置
79.参见图1所示，一种制备楔形结构激光器的蒸镀装置，该装置包括转盘1003和两个坩埚(1001，1002)，转盘1003用于承载衬底1005，坩埚(1001，1002)用于放置并蒸发蒸发源材料，转盘1003位于坩埚(1001，1002)的上方，转盘1003和坩埚(1001，1002)之间设置有挡板1004，挡板1004的一端连接动力机构，能够在动力机构的带动下旋转至远离转盘1003的底部，本实施例中挡板1004为扇形结构，扇形结构的角弧度为1.57rad，半径为2.5英寸；挡板1004与转盘1003之间的距离为4cm。
80.本实施例的蒸镀装置在蒸镀楔形膜层时，挡板1004在动力机构的带动下以固定的转速旋转，由于挡板1004转动过程中，对衬底1005进行周期性遮挡，形成遮挡时，坩埚(1001，1002)中的蒸发源材料被阻挡，不能进入衬底1005的底部，使得衬底1005上不同区域蒸镀的材料厚度不同，在具体使用时，根据实际需要，选择不同角弧度、半径的扇形挡板，实现对楔形膜层倾斜角的控制。
81.实施例2可调谐激光器的制备
82.参照图2所示，可调谐激光器的制备过程如下：
83.步骤1：将石英衬底片依次在丙酮、异丙醇、去离子水中超声清洗15min后，紫外臭氧处理20min。
84.步骤2：经步骤1中处理的衬底片放入真空镀膜机中，将ta2o5和sio2作为蒸发源材料放入坩埚，开启镀膜机真空系统。
85.步骤3：待步骤2中镀膜机真空系统的真空度达到5e-4pa以下时，开始交替蒸镀15.5对的ta2o5和sio2，其中第一层和最后一层均为ta2o5，即ta2o5为16层，每层厚度为54.7nm；sio2为15层，每层厚度为76.7nm，得到底部布拉格反射器。
86.步骤4：将步骤3中镀完底部布拉格反射器的衬底取出，放入双源共蒸的镀膜机中，以csi和cui作为蒸发源材料放入石英坩埚，开启镀膜机真空系统。
87.步骤5：待步骤4中双源共蒸镀膜机真空系统的真空度达到5e-4pa以下时，调节蒸发电源电流，使csi的蒸发速率为cui的蒸发速率为
88.步骤6：待步骤5中的蒸发速率稳定后，打开基片台挡板，开始蒸镀cs3cu2i5钛矿薄膜，作为有源层；为了形成倾斜角为1
×
10-5
rad的楔形有源区，在镀膜机中引入一个如上述实施例1中描述的扇形挡板，在蒸镀过程中扇形挡板以15转/min角速度旋转，楔形膜层第一端面和第二端面与顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器不相接触的边的长度h分别为130nm和380nm。
89.步骤7：待步骤6中的增益区钙钛矿薄膜蒸镀完成后，将镀膜机放气泄压，蒸发源材料换为teo2和lif，重新开启镀膜机真空系统。
90.步骤8：待步骤7中镀膜机真空系统的真空度达到5e-4pa以下时，开始交替蒸镀5.5对的teo2和lif，得到顶部布拉格反射器，其中第一层和最后一层均为teo2，即teo2为6层，每层厚度为54.8nm，lif为5层，每层厚度为84.3nm。
91.步骤9：待步骤8中顶部布拉格反射器制备完成后，将镀膜机放气泄压，取出器件，即得到可调谐激光器。
92.采用上述方法制备的可调谐激光器包括衬底、底部布拉格反射器、楔形增益区和
顶部布拉格反射器。
93.实施例3可调谐激光器的制备
94.步骤6中，选择扇面角度为1.2rad时，扇形挡板以10转/min角速度旋转，楔形有源区的倾斜角为8
×
10-6
rad，楔形膜层第一端面和第二端面与顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器不相接触的边的长度h分别为230nm和430nm，除此之外，其他步骤和条件与实施例2相同，制备得到可调谐激光器。
95.实施例4可调谐激光器的制备
96.步骤3中，ta2o5每层厚度为91.7nm；sio2每层厚度为96.5nm，得到底部布拉格反射器；步骤4、步骤5、步骤6中，以csbr和snbr2作为蒸发源材料放入石英坩埚，使csbr的蒸发速率为snbr2的蒸发速率为蒸镀cssnbr3钛矿薄膜，作为有源层；步骤8中，teo2每层厚度为91.8nm，lif每层厚度为98.9nm，得到顶部布拉格反射器，除此之外，其他步骤和条件与实施例2相同，制备得到可调谐激光器。
97.测试例1
98.参见图3所示，为利用传输矩阵方法模拟得到的实施例2制备的可调谐激光器顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器的反射光谱，由图3可知，在440-480nm波长区间内，顶部布拉格反射器的反射率大于99.9％，底部布拉格反射器的反射率大于99％，因此，可以在该波长范围内产生激光；可根据增益区材料的光致发光光谱的位置和半高宽度，设计匹配的顶部和底部布拉格反射器，通过改变布拉格反射器各结构层的材料和厚度，使布拉格反射器反射光谱位于增益区材料的光致发光光谱范围内；通过改变布拉格反射器各结构层的层数来调节反射率达到产生激光的谐振条件。
99.参见图4所示，为实施例2制备的可调谐激光器的反射光谱，灰色线为传输矩阵方法模拟得到的结果，黑色线为利用紫外-可见分光光度计直接测量的结果。测试结果与模拟结果相比，反射谱的中心波长红移了20nm左右，这主要是由于薄膜蒸镀过程中的厚度和折射率误差引起的。
100.参见图5所示，为实施例2制备的可调谐激光器的光谱测试图，采用激发波长为288nm的飞秒激光(重复频率为1khz，脉冲宽度为120fs)作为泵浦光源，垂直入射到可调谐激光器上，控制泵浦光入射的位置，使其沿着可调谐激光器有源层厚度变化的方向移动，可以得到波长范围为444-471.8nm的激光输出。在测试过程中，需要控制飞秒激光泵浦光斑的有效尺寸，使光斑的直径小于40um，在此范围内可以近似认为激光谐振条件未发生变化，激光器保持单模输出工作状态。
101.参见图6所示，参考实施例2的测试方式，可以得到实施例4制备的可调谐激光器的光谱测试图，对应激光输出波长范围为610.5-666nm。
102.以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种可调谐激光器，其特征在于，所述激光器包括在衬底上依次生长的底部布拉格反射器、楔形有源区和顶部布拉格反射器，所述底部布拉格反射器、楔形有源区、顶部布拉格反射器构成谐振腔，所述楔形有源区与顶部布拉格反射器和/或底部布拉格反射器相接触的侧面为倾斜面。2.根据权利要求1所述的可调谐激光器，其特征在于，所述楔形有源区与顶部布拉格反射器相接触的侧面为倾斜面。优选地，所述楔形有源区与顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器相接触的侧面之间的夹角为4
×
10-6-4
×
10-5
rad。优选地，所述楔形有源区的第一端面和第二端面与顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器不相接触的边的长度h为100nm-1100nm。优选地，所述可调谐激光器的发射波长在可见光波段，所述可见光波段是指波长为400-760nm的波段。3.根据权利要求1或2所述的可调谐激光器，其特征在于，所述底部布拉格反射器的反射率大于99.9％；所述底部布拉格反射器的厚度为1500-4000nm。优选地，所述顶部布拉格反射器的反射率大于99％；所述顶部布拉格反射器的厚度为600-1500nm。优选地，所述底部布拉格反射器、和顶部布拉格反射器包括交替设置的第一结构层、和第二结构层。优选地，所述顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器中，所述第一结构层、和第二结构层的材料包括选自氧化物、卤化物和硫化物中的至少一种。优选地，所述顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器中，第一结构层的折射率为n1、第二结构层的折射率为n2，所述n1为2.0-3.0，所述n2为1.3-1.7。优选地，所述顶部布拉格反射器和底部布拉格反射器中，第一结构层的光学厚度l1和第二结构层的光学厚度l2相同或者不同，所述l1、l2与发射波长λ的关系为：l1＝m1λ/4，l2＝m2λ/4，其中，m1，m2为奇数。4.根据权利要求1至3任一项所述的可调谐激光器，其特征在于，所述楔形有源区的材料包含钙钛矿材料，所述钙钛矿材料选自三元卤化钙钛矿中的一种，优选地，所述三元卤化钙钛矿选自cs
x
cu
y
i
x+y
、cs
x
cu
y
br
x+y
、cs
x
cu
y
cl
x+y
(其中，x、y为大于0的整数)、cssnbr3、cssncl3、cspbbr3和cspbcl3中的至少一种。优选地，所述楔形有源区的折射率n的范围为1.7-2。优选地，所述楔形有源区的厚度沿垂直光轴方向为楔形渐变，光学有效厚度(折射率与厚度的乘积)范围为λ/2-2λ，λ为400-650nm。优选地，所述楔形有源区通过蒸发镀膜的方式生长获得，例如通过在镀膜机中加入周期旋转的挡板来获得楔形渐变有源层。5.一种权利要求1至4任一项所述可调谐激光器的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤1：在衬底表面沉积形成底部布拉格反射器；步骤2：在周期性遮挡的条件下，在所述底部布拉格反射器表面沉积三元卤化钙钛矿作为增益介质，形成楔形有源区；步骤3：在楔形有源区的表面沉积形成顶部布拉格反射器。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，在衬底表面沉积底部布拉格反射器包括：在衬底表面交替蒸镀第一结构层材料和第二结构层材料。优选地，步骤1中，在所述衬底表面蒸镀第一结构层材料和第二结构层材料包括：将第一结构层材料和第二结构层材料作为蒸发源材料放入真空镀膜机，在真空度达到5e-4pa以下时，交替蒸镀第一结构层材料和第二结构层材料。优选地，步骤2中，所述周期性遮挡通过设置在衬底上方可旋转的挡板实现，所述挡板为扇形或梯形等结构；优选地，所述挡板为扇形结构。7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：步骤2包括：将作为增益介质的三元卤化钙钛矿对应的蒸发源材料放入镀膜机中进行蒸镀。优选地，步骤2中，所述增益介质对应的蒸发源材料包括csx，以及选自pby2、cuy和sny2中的至少一种，所述x、y选自cl、br、i中的任意一种，不同蒸发源材料中的x和y可以相同也可以不同。优选地，所述蒸发源材料的蒸发速率为8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤2包括：在安装有转速可调的扇形挡板的镀膜机中，将增益介质对应的蒸发源材料放入坩埚内，将带有底部布拉格反射器的衬底置于转盘上，开启镀膜机真空系统，调整蒸发电流，使蒸发源材料的蒸发速率达到并稳定，调整所述挡板的旋转速率为10-20转/min，蒸镀增益介质薄膜至达到设定厚度，得到楔形有源区。9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤3中，在所述楔形有源区表面沉积顶部布拉格反射器包括：在所述楔形有源区表面交替蒸镀第一结构层材料和第二结构层材料。优选地，步骤3中，在所述楔形有源区表面交替蒸镀第一结构层材料和第二结构层材料包括：将第一结构层材料和第二结构层材料作为蒸发源材料放入真空镀膜机，在真空度达到5e-4pa以下时，交替蒸镀第一结构层材料和第二结构层材料。10.一种用于蒸镀权利要求1中所述的楔形有源区的蒸镀装置，其特征在于：包括转盘和至少一个坩埚，所述转盘用于承载衬底，所述坩埚用于放置蒸发源材料并使其蒸发，所述转盘和坩埚之间设置有挡板，所述挡板的一端连接动力机构，能够在动力机构的带动下旋转。优选地，所述挡板优选为扇形结构，扇形结构的角弧度为0.5236-3.1rad，半径为2-4英寸。优选地，所述挡板平行于所述转盘设置。优选地，所述挡板与转盘之间的距离为2-5cm。

技术总结
本发明涉及一种可调谐激光器及其制备方法，所述可调谐激光器包括在衬底上依次生长的底部布拉格反射器、楔形有源区和顶部布拉格反射器，所述底部布拉格反射器、楔形有源区、顶部布拉格反射器构成谐振腔，所述楔形有源区与顶部布拉格反射器和/或底部布拉格反射器相接触的侧面为倾斜面。本发明在常规的底部布拉格反射器和顶部布拉格反射器二层结构中引入楔形增益层结构，实现在同一激光器件中波长的精确连续可调谐的目的。连续可调谐的目的。连续可调谐的目的。


技术研发人员：林中晞 林琦 赵晓凡 钟杏丽 朱振国 苏辉
受保护的技术使用者：闽都创新实验室
技术研发日：2022.03.25
技术公布日：2023/10/6