本发明属于光学微腔，具体涉及一种无机纳米材料构建回音壁模式半导体光学微腔的方法。
背景技术：
1、光学微腔可将光限制在一个很小的区域很长时间，达到增强光与物质的相互作用的效用，其尺寸在微米或亚微米量级，其本质是一种光学谐振腔，其原理是利用光在折射率不连续的介质界面上的反射、全反射或者衍射等效应。由于光学微腔可增强光与物质的相互作用的特点，光学微腔在非线性光学应用中的功率阈值可得到显著降低。因此，光学微腔这种优势使功率很低的光即可获得很强的共振增强作用，产生各种非线性光学效应。另外，光学微腔还具有品质因子高、谱宽窄、有效模体积小等一系列突出优势。因此，与其他类型的激光产生装置相比，光学微腔在低阈值激光器、腔量子电动力学、生物探测、高性能滤波器等领域都有较大应用优势。
2、目前的光学微腔制备普遍需要高精度的仪器、设备等，但相关的微腔加工平台尚缺少货架商品，需自主研发设备并安装平台，造成了高昂的价格以及时间成本。如专利号为cn108585483b，名称为“利用飞秒激光制备三维光学回音壁模式微腔的方法”的发明专利公开了利用飞秒激光制备三维回音壁模式光学微腔的方法，该发明专利提到的制备方法虽然可以制备高品质因子的光学微腔，然而存在依赖高性能加工设备的问题。另外，光学微腔的加工工艺也普遍要求较高且繁琐。如专利号为cn114850997a，名称为“尺寸可控的超薄高品质回音壁光学晶体微腔制备方法和定心装置”的发明专利公开了一种回音壁光学晶体微腔制备方法及定心装置，该发明专利提到的制备方法虽可制备超薄光学微腔，然而对加工工艺的要求也较高、工序也较多。因此，高要求的加工设备以及加工工艺都限制了光学微腔的广泛应用。
3、综上，如何摆脱昂贵的加工设备以及高要求的加工工艺的限制，用简易的设备以及简单的工艺制备出回音壁模式半导体光学微腔，是亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对以上问题，本发明的技术方案是提供一种水热法制备的无机纳米材料来构建回音壁模式半导体光学微腔，避免了昂贵设备的限制。
2、为解决上述问题，本发明的技术方案提供的一种水热法制备无机纳米材料，特征在于：采用对设备成本要求较低的水热法，制备工艺简单。主要包含以下步骤：
3、本发明的主要步骤分为：准备工作、长种子层、生长无机纳米材料、后处理以及进一步修饰。
4、（ⅰ）准备工作。主要包括清洗石英光纤以及光纤表面预处理。首先，清洗石英光纤，用去离子水、乙醇以及丙酮对石英光纤进行超声清洗。其次，光纤表面预处理，采用光纤表面改性或光纤表面修饰一薄层导电介质材料的方法，为后续在其表面自组装种子层做准备。光纤表面改性，可选用硅烷偶联剂对光纤表面进行改性，使石英光纤表面带电荷。光纤表面修饰一薄层导电介质材料，可选用氟掺杂二氧化锡（fto）或氧化铟锡（ito）。
5、（ⅱ）长种子层。将上述预处理过的石英光纤浸入一定浓度的种子层溶液中一定时间，用去离子水冲洗表面，一定温度下烘干，再放入煅烧炉中进行处理。
6、（ⅲ）水热法生长无机纳米材料。将长好种子层的光纤放入配置好的前驱体溶液中，放入反应釜中，在真空干燥箱中高温处理一定时间。
7、（ⅳ）后处理。将反应釜取出，自然冷却至室温，将光纤取出，用去离子水清洗表面。即得到了在石英光纤表面生长了无机纳米阵列结构的具有回音壁模式的半导体光学微腔，如图1所示。
8、（ⅴ）进一步修饰。可在生长了无机纳米阵列结构的石英光纤上进行进一步的处理与修饰，根据需求来调控半导体光学微腔的谐振特性。如在无机纳米阵列结构上进一步吸附量子点，也可将无机纳米阵列结构用水热法进一步制备成三维纳米棒阵列结构。
9、本发明制备的由无机纳米材料构建的回音壁模式半导体光学微腔，与现有技术与工艺相比，本发明的优势在于：摆脱了昂贵的加工设备以及高要求的加工工艺的限制，用简易的设备以及简单的工艺制备出回音壁模式的半导体光学微腔，并且光学微腔整体尺度在微纳级别、尺度易调控，尺度通过调控工艺参数即可进行调控，本发明提出的由无机纳米阵列构建的回音壁模式半导体光学微腔可用于微纳激光器、生物探测等多个领域中，应用前景广阔。
1.一种无机纳米材料构建回音壁模式半导体光学微腔的方法，提供的一种水热法制备无机纳米材料，特征在于：采用对设备成本要求较低的水热法，制备工艺简单，其主要步骤分为：准备工作、长种子层、生长无机纳米材料、后处理以及进一步修饰。
2.1）准备工作。主要包括清洗石英光纤以及光纤表面预处理。首先，清洗石英光纤，用去离子水、乙醇以及丙酮对石英光纤进行超声清洗。其次，光纤表面预处理，采用光纤表面改性或光纤表面修饰一薄层导电介质材料的方法，为后续在其表面自组装种子层做准备。光纤表面改性，可选用硅烷偶联剂对光纤表面进行改性，使石英光纤表面带电荷。光纤表面修饰一薄层导电介质材料，可选用氟掺杂二氧化锡或氧化铟锡。
3.2）长种子层。将上述预处理过的石英光纤浸入一定浓度的种子层溶液中一定时间，用离子水冲洗表面，一定温度下烘干，再放入煅烧炉中进行处理。3）水热法生长无机纳米材料。将长好种子层的光纤放入配置好的前驱体溶液中，放入反应釜中，在真空干燥箱中高温处理一定时间。
4.4）后处理。将反应釜取出，自然冷却至室温，将光纤取出，用去离子水清洗表面。即得到了在石英光纤表面生长了无机纳米阵列结构的具有回音壁模式的半导体光学微腔。
5.5）进一步修饰。可在生长了无机纳米阵列结构的石英光纤上进行进一步的处理与修饰，根据需求来调控半导体光学微腔的谐振特性。如在无机纳米阵列结构上进一步吸附量子点，也可将无机纳米阵列结构用水热法进一步制备成三维纳米棒阵列结构。
6.如权利要求1所述的无机纳米材料构建回音壁模式半导体光学微腔的方法，其特征在于，准备工作中的光纤表面预处理，采用喷雾热解法在光纤表面修饰一薄层fto。
7.如权利要求1所述的无机纳米材料构建回音壁模式半导体光学微腔的方法，其特征在于，长种子层这一步骤，对于tio2纳米结构，将预处理过的石英光纤浸入0.03-0.05 mol/l的ticl4水溶液中20-60 min，烘干后放入煅烧炉中450℃处理30-60 min。
8.如权利要求1所述的无机纳米材料构建回音壁模式半导体光学微腔的方法，其特征在于，水热法生长无机纳米材料这一步骤，对于tio2纳米结构，将长好种子层的光纤放入配置好前驱体溶液的反应釜中，前驱体溶液由10-20 ml盐酸、2-5 ml氯化钠饱和水溶液、0.2-0.5 ml四异丙醇钛混合溶液构成，随后120-220℃处理10-25 h。
9.如权利要求1所述的无机纳米材料构建回音壁模式半导体光学微腔的方法，其特征在于，进一步修饰这一步骤，可根据需求来调控半导体光学微腔的谐振特性，可将二维无机纳米阵列继续进行修饰，如将二维无机纳米阵列与一维无机纳米量子点进行结合，将量子点修饰在二维无机纳米阵列上；也可将二维无机纳米阵列继续水热法生长为三维纳米分支结构阵列，对于tio2纳米结构，将表面生长了tio2纳米棒结构的石英光纤置于0.005-0.01mol/l的[nh4]2tif6及0.05-0.1 mol/l的h3bo3混合水溶液中，20-60℃下处理2-40 h，即得到了石英光纤表面生长了tio2分支结构纳米阵列的具有回音壁模式的半导体光学微腔。
10.如权利要求1所述的无机纳米材料构建回音壁模式半导体光学微腔的方法，其特征在于，本发明研制方案可进行灵活替换和改进处理，比如，将tio2纳米棒/纳米阵列结构置换成zno纳米棒/纳米阵列结构、将石英光纤置换成晶体材料、或者将光纤改变成圆球/圆盘等形状等各种替换和改进处理，均应包含在本发明的保护范围内。
