半導(dǎo)體激光器是成熟較早、進(jìn)展較快的一類激光器，它利用半導(dǎo)體晶體的解理面形成的反射鏡面作為諧振腔，使光振蕩、反饋、產(chǎn)生光的輻射放大，輸出激光，具有波長(zhǎng)范圍寬、制作簡(jiǎn)單、成本低、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，品種發(fā)展快，應(yīng)用范圍廣，已超過(guò)300種。
與傳統(tǒng)激光器相比，設(shè)計(jì)和構(gòu)建模式可調(diào)諧激光器作為其中最為重要的研究任務(wù)之一，也是拓展激光器應(yīng)用范圍的有效途徑。目前，研發(fā)人員通過(guò)半導(dǎo)體能帶工程、材料本身的自吸收效應(yīng)、等離激元參與下的Burstein－Moss（BM）效應(yīng)等技術(shù)手段，對(duì)激光模式結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控。然而，這些調(diào)制的方法并不具備可逆性，而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、可持續(xù)激光模式結(jié)構(gòu)的調(diào)控仍缺乏有效的研究方案。
日前，中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林、潘曹峰及盧俊峰有機(jī)地結(jié)合了ZnO光學(xué)微腔自身壓電特性及其激光模式，通過(guò)外部機(jī)械應(yīng)變產(chǎn)生的ZnO諧振腔晶體內(nèi)部的離子極化，改變折射率，實(shí)現(xiàn)相干激光的動(dòng)態(tài)調(diào)控。
ZnO能帶隙和激子束縛能較大，透明度高，有優(yōu)異的常溫發(fā)光性能。在室溫下，激子可以在ZnO中穩(wěn)定地存在，是實(shí)現(xiàn)室溫或者更高溫度下的紫外自發(fā)與受激輻射的理想材料，在獲得低域值、高品質(zhì)因子的紫外激光上體現(xiàn)出十分突出的本征物理優(yōu)勢(shì)。此外，非中心對(duì)稱的纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnO微納米材料還具備特殊的壓電性能，當(dāng)材料受到外加應(yīng)力時(shí)，晶體內(nèi)部的離子極化引起介質(zhì)介電常數(shù)的變化，從而對(duì)材料折射率進(jìn)行有效調(diào)控。
據(jù)了解，研究人員系統(tǒng)分析了應(yīng)變對(duì)ZnO折射率的影響，建立了應(yīng)變與模式移動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得了超精確度的應(yīng)力傳感，相比較壓阻效應(yīng)引起的能帶移動(dòng)所導(dǎo)致的自發(fā)輻射譜的移動(dòng)，其光譜分辨能力提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
該研究成果為動(dòng)態(tài)調(diào)控相干光源提供了一種行之有效的方法，也為發(fā)展一種基于顏色分辨的應(yīng)力傳感元器件提供了一個(gè)新的思路。