本发明专利技术公开了一种量子点嵌埋集成微腔单色光源阵列，本发明专利技术的单色光源阵列，由衬底、与衬底牢固结合的高品质因子光学微腔阵列，嵌埋在光学微腔阵列中的量子点，激发光源，以及衬底背面与衬底牢固结合的长波通或带通滤光片组成。该单色光源阵列利用一系列不同腔长的谐振腔对量子点发光进行选频，从而形成不同空间位置对应不同波长单色光的阵列，非常小巧，各波长光源单元的尺寸和形状可以任意设计，单色性好。当采用介质光学微腔时，选材可以不受量子点晶格匹配的限制，品质因子可以做到很高，甚至可以形成不同波长的单光子源或激光阵列，在量子通讯和微型光谱仪等领域具有重要应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种发光光源，具体涉及一种量子点嵌埋集成微腔单色光源阵列。
技术介绍
常用单色光源一般是由卤素灯、白光LED等白光光源经单色仪分光后形成的，单色仪通常体积庞大，大大限制了光源的尺寸，因此无法满足如微型光谱仪、微型投影仪等对微型单色光源的需求。若单色光源呈高度亚泊松分布状，且在一个时间间隔里发射只包含一个光子，则称为单光子源。单光子源是实现单光子量子比特、光量子密钥传输、光量子计算和量子网络的关键元器件，高性能的单光子源有助于实现单光量子态的操纵，构建量子保密通讯网和量子计算机，将会给人类对信息的传输和处理带来全新的变革。现在研宄中所使用的单光子光源是将相干光脉冲衰减到平均每个脉冲只有0.1,0.2个光子，但这只是一种近似的单光子源，其效率低，而且这种光源有可能在一个脉冲中同时出现两个光子，因此不但影响量子密钥的传输距离，而且影响其安全性及可靠性。因此研制真实的单光子源成为量子密码研宄的另一个关键性问题。光学微腔是一种能够把光场限制在微纳量级区域中的光学谐振腔。它利用在介电常数不连续的材料界面的反射、散射或衍射，将光能量限制在很小的区域内来回振荡，从而增加光子寿命，减少光场模式数目。量子点是把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构，具有宽的激发谱和窄的发射谱，且其发射光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制。当把具有一定尺寸分布的量子点置于微腔中，量子点的激子发光受到光学微腔的调制，因此产生低阈值的激光，形成单色光源。当采用极窄带宽的微腔时，就可能由于模式匹配与选频作用获得具有较高的振子强度和较窄的谱线宽度的单光子源。虽然此类结构已有相关报导，但将一系列不同波长单色光单片集成起来的单色光源阵列结构尚无报导。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种量子点嵌埋集成微腔单色光源阵列，满足一些特殊结构、特殊场合在集成单色光源，甚至集成单光子源方面的应用需求，解决单色光源(甚至单光子源)无法集成的难题。本专利技术所述的量子点嵌埋集成微腔单色光源阵列，在衬底I正面由下到上依次为与衬底牢固结合的高品质因子光学微腔阵列2，嵌埋在光学微腔阵列谐振腔层中间的量子点3，量子点激发光源4，在衬底背面为与衬底牢固结合的长波通或带通滤光片5。所说的高品质因子光学微腔阵列2是由依次排列的下层膜系201、谐振腔阵列202和上层膜系203组成，阵列=pXq，其中P为阵列横向微腔数目，q为阵列纵向微腔数目。所述的高品质因子光学微腔阵列2的膜系为(LH)mXL(HL)m。其中，(LH)m为下层膜系，xL为谐振腔层膜系，(HL)m为上层膜系，H为光学厚度(nd)为λ 0/4的高折射率膜层，L为为光学厚度(nd)为AciA的低折射率膜层，X为低折射率膜层的层数，m为高折射率膜层与低折射率膜层的交替叠层次数。高、低折射率膜层材料是真空镀膜或磁控溅射镀膜工艺生长的半导体或者介质材料；所说的量子点3是石墨稀量子点、]\1032量子点、CdSe量子点、CdS量子点或ZnO量子点。所说的激发光源4是激光二极管或发光二极管，其发射波长为所采用的量子点的激发波长。所说的长波通或带通滤光片5的膜系表达式为(0.5HL0.5H)k或LHLHHLHL，其中H为光学厚度(nd)为λ^/4的高折射率膜层，L为光学厚度(nd)为λ/4的低折射率膜层，k为高折射率膜层与低折射率膜层交替叠层的次数，λ ^为设计初始长波通或带通滤光片膜系的中心波长。本专利技术所述的量子点嵌埋集成微腔单色光源阵列的工作原理是:激发光源4从量子点嵌埋微腔一端入射，由于量子点3具有一定的尺寸分布，在激发光源4的激发下可以发出宽度为几十个纳米某个波段的光，而光学微腔阵列2可以对量子点发光进行调制，不同谐振腔长微腔发射出的单色光波长也不同，形成阵列，就可以把这个波段内的光在空间上分成若干束不同波长的单色光。光学微腔的带通越窄，所分出光的单色性就越高。当光学微腔的带通窄到一定程度时，就可能由于微腔的模式匹配与选频作用获得具有较高的振子强度和较窄的谱线宽度的单光子发光。再经过衬底背面长波通或带通滤光片5，滤去单色光范围以外的激发光和其他杂散光，消除激发光源和其他杂散光的干扰，就可以在另一端获得单色性很好的单色光源(甚至单光子源)阵列。本专利技术的优点是:1、通过集成微腔嵌埋量子点实现不同波长单色光源阵列的单片集成，器件体积小、集成度高、单色性好，制备工艺与半导体工艺兼容，可与探测器阵列匹配或集成形成微型光谱仪。2、采用介质来构造光学微腔，微腔的制作工艺与量子点的制作工艺分离，可单独优化，获得更高品质因子的光学微腔；3、本专利技术将量子点生长与微腔制备工艺分开，采用旋涂方法将量子点嵌埋在微腔中，不像半导体微腔那样受到晶体衬底的限制，可以嵌埋各种类型量子点；4、单色光源单元及阵列的大小与形状可以根据要求任意设计。【附图说明】图1为量子点嵌埋集成微腔光源阵列结构的截面示意图。图2为嵌埋有量子点的集成微腔阵列截面放大图。图3为量子点嵌埋集成微腔光源阵列的制备工艺流程图。图4为实施例1中所制备石墨烯量子点的发光光谱图，插图为量子点尺寸分布图。图5为实施例1中经8X4高品质因子光学微腔阵列滤波后的各微腔单元的透射谱(实线)及石墨烯量子点的发光光谱图(虚线)。图6为实施例1所制备的高品质因子微腔单元的透射谱。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作详细说明:如图1所示，本专利技术所述的量子点嵌埋集成微腔单色光源阵列，在衬底I正面由下到上依次为与衬底牢固结合的高品质因子光学微腔阵列2，嵌埋在光学微腔阵列谐振腔层中间的量子点3，量子点激发光源4，在衬底背面为与衬底牢固结合的长波通或带通滤光片5。本专利技术所述的量子点嵌埋集成微腔单色光源阵列的具体制备步骤如下:首先，根据拟嵌埋当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种量子点嵌埋集成微腔单色光源阵列，其结构为：在衬底(1)正面由下到上依次为与衬底牢固结合的高品质因子光学微腔阵列(2)，嵌埋在光学微腔阵列谐振腔层中间的量子点(3)，量子点激发光源(4)，在衬底背面为与衬底牢固结合的长波通或带通滤光片(5)；其特征在于：所述的衬底(1)的材料为熔融石英玻璃、K9玻璃、ZK6玻璃、BAK玻璃光学玻璃、宝石或者硅片、锗片；所述的高品质因子光学微腔阵列(2)的膜系为(LH)mxL(HL)m，其中，(LH)m为下层膜系，xL为谐振腔层膜系，(HL)m为上层膜系，H为光学厚度λ0/4的高折射率膜层，L为光学厚度λ0/4的低折射率膜层，x为低折射率膜层层数，m为高折射率膜层与低折射率膜层的交替叠层次数，λ0为中心波长，高、低折射率膜层材料是适用于真空镀膜或磁控溅射镀膜工艺生长的半导体或者介质材料；所述的量子点(3)嵌埋在谐振腔层(202)中间，材料是石墨烯量子点、MoS2量子点、CdSe量子点、CdS量子点或ZnO量子点；所述的量子点激发光源(4)是激光二极管或者发光二极管，发射波长是所采用的量子点的激发波长；所述的长波通或带通滤光片(5)的膜系表达式为(0.5HL0.5H)k或LHLHHLHL，其中H为光学厚度λ0/4的高折射率膜层，L为光学厚度λ0/4的低折射率膜层，k为高折射率膜层与低折射率膜层交替叠层的次数，λ0为设计初始长波通或者带通滤光片膜系的中心波长，高、低折射率膜层材料是适用于真空镀膜或磁控溅射镀膜工艺生长的介质材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王少伟，冀若楠，陆卫，陈效双，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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