红光GaInP/AlGaInP正方形微腔激光器

利用普通光刻和感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术制作了红光GaInP/AlGaInP正方形微腔激光器,光功率电流曲线表明,器件实现了200 K的低温激射。对边长为10μm、输出波导长为30μm的正方形微腔激光器,室温测量得到的纵模模式间距为1.3 nm,所对应的是由输出波导和正方形腔组成的F-P腔的F-P模式。采用二维时域有限差分法(FDTD),模拟研究了侧壁粗糙对正方形腔模式品质因子的影响。     

电注入椭圆微腔半导体激光器热特性分析

对长轴为12μm、短轴为10μm并在长轴处直连2μm宽输出波导的椭圆微盘激光器的热特性进行了实验和理论分析。测量连续电流注入微腔激光器的稳态特性,根据其波长红移计算器件热阻为ZT=0.846 K/m W。用有限元分析法计算椭圆微腔的热阻,理论与实验结果相吻合,热阻的最大偏差为5%。研究了微腔激光器衬底厚度对微腔有源区温度的影响,通过引入侧向散热机制有效改善了微腔激光器的热特性。     

980 nm高功率VCSEL的光束质量

利用CCD成像技术,设计出一种简单的测量垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光束质量因子M2的方法。在注入电流分别为900mA,1500mA,3000mA和6000mA时,对出光孔径300μm,激射波长为980nm的垂直腔底面发射激光器的束腰等光束参数进行了测量,并应用激光光束传播的高斯方程拟合求得了M2因子的值分别为66,58,44和53。另外,当注入电流为900mA和3000mA时,对器件的远场分布进行了分析并测得了器件的远场发散角,测量值与理论计算值吻合较好。     

基于环形谐振腔的双波长半导体激光器的研制

由于半导体环形激光器器件尺寸不再受解理面的限制,结构简单紧凑,容易集成,近年来成为集成光源领域的研究热点之一。采用MOCVD系统外延生长InAlGaAs多量子阱激光器材料,利用BCl3,Cl2和Ar刻蚀气体的ICP干法刻蚀技术和PECVD介质钝化工艺,研制了基于环形谐振腔的双波长半导体激光器样品,实现了激光光源的单片集成。该激光器由两个半径分别为200和205μm的环形谐振腔和一条脊宽为3.4μm的直波导耦合构成,两者之间的耦合间距为1.0μm,当两个环形激光器的注入电流分别为50.12和50.22 mA时,对应的激射波长为1 543.12和1 545.64 nm。改变激光器的注入电流,可调节峰值波长与波长间隔。     

1967～2033 nm波段硅基可调谐外腔半导体激光器设计与仿真

2μm波长附近可调谐半导体激光器在分子光谱学和光通信领域中有广阔的应用前景。基于绝缘体上硅（SOI）平台,对2μm波长附近可调谐半导体激光器的外腔部分进行了设计优化。分析了不同尺寸光波导的模式损耗特性、单个微环谐振腔受总线波导耦合间距的作用以及总线波导光反馈终端对外腔半导体激光器性能的影响。并提出了一种具有高工艺兼容度的多模环形光波导光反馈结构。所设计的可调谐半导体激光器硅基外腔可通过环形波导上的镍铬合金微加热器进行0.1 nm/K的高精度调谐,对单个微加热器施加3.2 V电压时,调谐范围可达66 nm(1967～2033 nm)。     

1.5μm斜坡掩埋异质结InGaA sP/InP激光器

利用两步液相外延技术制作出与光波导单片集成的InGaAsP/InP斜坡掩埋异质结(SH-BH)激光二极管。在室温下测得有波导和无波导的SH-BH激光器的阈值电流分别为50mA和27mA。把电流注入到波导(调谐)区,激光器的激光光谱向转短的波长区偏移。在脉冲工作时,得到的光谱波长偏移为1.1nm,这对应于调谐电流引起的有效折射率的改变。     

氧化限制型795 nm垂直腔面发射激光器

单模795 nm垂直腔面发射激光器作为铷原子钟的激光光源,一般采用氧化限制结构获得单模输出。对垂直腔面发射激光器外延结构以及氧化限制孔径进行了优化设计。基于有限元分析方法,利用光纤波导理论和热电耦合模型,对氧化孔径的光学和电学限制进行了模拟,计算分析了实现单模和良好热电特性所需的氧化孔径大小。实验制备了具有不同氧化孔径的器件,并进行了功率-电流以及光谱特性测试。当氧化孔径为1.9μm时,在3～7 mA注入电流下器件始终保持单模输出,边模抑制比大于35 dB;器件保持单模输出的最大氧化孔径为3.8μm,室温下阈值电流为1 mA,最大饱和输出功率为2 mW,斜率效率为0.3 W/A,3 mA注入电流下的出射波长为790 nm,边模抑制比大于30 dB。制备的室温下单模特性良好的790 nm垂直腔面发射激光器,为实现高温下795 nm偏振稳定单模输出提供了可能。     

窄线宽1064 nm分布布拉格反射半导体激光器

1064nm分布布拉格反射(DBR)半导体激光器具有窄线宽、输出稳定的特性,在自由空间激光通信用种子光源等方面具有广阔的应用前景。设计了一种单模、窄线宽的1064nm DBR半导体激光器,利用金属有机化合物气相沉积技术生长出InGaAs应变量子阱半导体激光器材料,并制备出腔长为1200μm的脊型波导1064nm DBR半导体激光器。当注入电流为70mA时,室温下该激光器的连续输出功率可达到7mW,3dB光谱线宽为0.12nm。     

长波长激光器特强波导结构及模式分析

利用散射损耗理论,分析了长波长激光器特强波导结构的模式行为,制作了波长为1.3μm的特强BH波导结构激光器,室温(20℃)CW阈值电流为41mA,得到了稳定的单基横模(至2.9Ith)和单纵模(1.2～2Ith)工作,成功地控制了波导模式。微分量子效率为36％(单面),线性区输出功率为6mW,T_0为53K。     

大功率低阈值半导体激光器研究

针对大光腔结构往往导致阈值电流密度增大的矛盾,设计了一种具有较高势垒高度的三量子阱有源区。采用非对称宽波导结构的半导体激光器,该激光器在实现大光腔结构的同时保持阈值电流密度不增加。通过金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长InGaAs/AlGaAs三量子阱有源区以及3.6μm超大光腔半导体激光器的外延结构。结合后期工艺,制备了980nm脊形边发射半导体激光器。在未镀膜情况下,4mm腔长半导体激光器阈值电流为1105.5mA,垂直发散角为15.6°,注入电流为25A时的最大输出功率可达到15.9 W。测试结果表明:所设计的半导体激光器在有效地拓展光场,实现大光腔结构的同时,保证了激光器具有较低的阈值电流。     

MOPA结构1064nm单模半导体激光器

1 064 nm单模半导体激光器在测试、通信、光纤激光器种子源等多种领域有着广泛的应用。设计并制作了一种MOPA结构1 064 nm单模半导体激光器。做为对比,同时制作了相同外延材料和腔长的脊波导单模半导体激光器。测试结果表明,该MOPA结构管芯发生灾变性光学损伤(COD)时的注入电流约740 mA,最高功率达到375 mW,无扭折最大输出功率为300 mW,此时注入电流约为610 mA,水平发散角为9.8°(FWHM),均优于作为对比的脊波导结构激光器。     

实用化1730nm波段掩埋结构半导体激光器的研制

报道了应用于医疗器械的InP基1730nm波段半导体激光器.外延片采用低压金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长,有源区为5个周期的InGaAs量子阱层和InGaAsP垒层.器件采用pnpn结限制掩埋结构,有源区脊宽2μm、腔长300μm.室温下腔面镀膜后激光器管芯的阈值电流为18±5mA,8mW输出功率时的工作电流为60±5mA.采用TO封装后,100mA工作电流下激光器的输出功率大于5mW,输出波长为1732±10nm,高温恒流加速老化筛选实验表明,器件具有长期工作的可靠性,满足实用化要求.     

实用化1730nm波段掩埋结构半导体激光器的研制

报道了应用于医疗器械的InP基1730nm波段半导体激光器.外延片采用低压金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长,有源区为5个周期的InGaAs量子阱层和InGaAsP垒层.器件采用pnpn结限制掩埋结构,有源区脊宽2μm、腔长300μm.室温下腔面镀膜后激光器管芯的阈值电流为18±5mA,8mW输出功率时的工作电流为60±5mA.采用TO封装后,100mA工作电流下激光器的输出功率大于5mW,输出波长为1732±10nm,高温恒流加速老化筛选实验表明,器件具有长期工作的可靠性,满足实用化要求.     

近衍射极限输出的大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器

利用激光器实现高光束质量、高峰值功率输出是近年来的研究热点。采用芯层与包层折射率匹配的方法,同时利用模式竞争的选模特性,通过模拟晶体波导芯层各阶模的相对增益,计算出在腔内不同饱和光强下芯层的截止尺寸,制备了大芯径尺寸晶体波导,试验研究了大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器输出特性。采用芯径尺寸为320μm×400μm的1.0%(原子百分数)Yb:YAG,包层尺寸为7 mm×30 mm的0.5%(原子百分数)Er:YAG,长度为77 mm的单包层矩形晶体波导,平凹腔电光调Q,获得脉冲能量1.29 mJ@10 kHz,脉冲宽度10 ns,光束质量M~2=1.15×1.10的输出。试验证明大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器可获得近衍射极限高峰值功率脉冲输出。     

GSMBE生长1.8-2.0μm波段InGaAs/InGaAsP应变量子阱激光器

报道了气态分子束外延(GSMBE)生长1.8—2.0μm波段InGaAs/InGaAsP应变量子阱激光器的研究结果．1.8μm波段采用平面电极条形结构,已制备成功10μm和80μm条宽器件,器件腔长500μm,室温下光致发光中心波长约为1.82μm,在77K温度下以脉冲方式激射,阈值电流分别约为250mA和600 mA,中心波长分别在1.69μm和1.73μm附近． 2.0μm波段,制备成功8μm宽脊波导结构器件,器件腔长500μm,室温光致发光中心波长约为1.98μm,77K温度下以脉冲方式激射,阈值电流约为 20mA,中心波长约为1.89μm,其电流限制和纵模限制效果优于平面电极条形结构器件．     

新型垂直腔面发射激光器的研制

热问题是制约垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的关键难题之一。为改善垂直腔面发射激光器的热特性,提高输出功率,设计并制备了一种新型内腔接触式结构VCSEL。在出光孔径为16μm时,同时制备传统结构和新型结构两种器件并对其进行测试,传统结构VCSEL的阈值电流为11.5 mA,当注入电流为34 mA时,最大输出功率达到7.3 mW;新结构器件的阈值电流为9 mA,当注入电流为35 mA时,最大输出功率达到10.2 mW;新结构的阈值电流降低了21.7%,最大输出功率提高了28%。结果表明,这种内腔接触式电极结构有望改善器件的热特性和光电性能。     

新型垂直腔面发射激光器的研制北大核心CSCD

热问题是制约垂直腔面发射半导体激光器(VCSEL)的关键难题之一。为改善垂直腔面发射激光器的热特性,提高输出功率,设计并制备了一种新型内腔接触式结构VCSEL。在出光孔径为16μm时,同时制备传统结构和新型结构两种器件并对其进行测试,传统结构VCSEL的阈值电流为11.5 mA,当注入电流为34 mA时,最大输出功率达到7.3 mW;新结构器件的阈值电流为9 mA,当注入电流为35 mA时,最大输出功率达到10.2 mW;新结构的阈值电流降低了21.7%,最大输出功率提高了28%。结果表明,这种内腔接触式电极结构有望改善器件的热特性和光电性能。     

氮化硅微腔中的光学频率梳(特邀)

具有高品质因子（Q 值）的光学谐振腔能够长时间将光束缚在较小的模式体积内,极大地增强了光与物质的相互作用,成为集成光学器件中具有重大潜力的重要组成部分。聚焦于目前广泛应用于集成非线性光学领域的氮化硅材料平台,为了解决大尺寸氮化硅微环腔由拼接误差、表面粗糙等因素导致的散射损耗较大的问题,进行了一系列的工艺改进以提高大尺寸氮化硅微环腔的品质因子。结果表明:通过薄膜再沉积工艺可以有效降低氮化硅波导的散射损耗,半径为560 μm的大尺寸氮化硅微环腔的本征Q值得到了平均26% 的提升。得益于提高的微腔Q 值,在氮化硅微环腔中实现了重复频率40 GHz 的光学频率梳。     

双面微解理InGaAsP短腔激光器

本文从多模速率方程出发,推导了以注入电流比 I/I_(th)表示的单模工作下限与腔长 L、腔面反射率 R 的关系式;采用微解理技术,研制了具有双面微解理腔面的短腔 InGaAsP 半导体激光器。器件的激射波长为1.3μm,在一定的注入后,呈现单纵模工作。微解理技术的实现,为今后研制复合腔激光器和光集成器件提供了一条途径。     

1986年我国光纤通信技术的新成果

深锌扩散条形1.55μm InGaAsP/InP激光器为满足长距离、大容量光纤通信的迫切需要,邮电部武汉邮电科学研究院武汉电信器件公司研制成功深锌扩散条形1.55 μm InGaAsP/InP激光器。这种激光器属于一种增益波导型结构,与其它结构相比较,具有工艺较简单,输出模式稳定,功率-电流特性曲线无扭折等优点。该器件的主要技术指标为:(1)阈值电流为80～130 mA;(2)输出功率为5～10 mW