InGaAsP/InP正方形微腔激光器

采用平面工艺制作的定向输出微腔半导体激光器是集成光学同路的理想光源.近十几年来,以微盘为代表的回音壁模式(whispering-gallery mode)微腔激光器引起人们很大的重视.但圆对称的微盘激光器缺乏定向的激光输出,人们往往利用输出波导与微盘实现消逝波耦合或通过改变微盘的对称性来实现定向输出.最近几年,多边形微腔如止三角形、正方形、长方形、六边形等多边形光学微腔也引起人们的重视.多边形光学微腔中也能有高Q值的类回音壁模式.而且由于不具有圆对称性,其模式特性有利于简单地实现定向光输出.     

新型硅激光器系统的优化设计

通过在硅波导上添加反向偏压的PIN结构,建立了完整的全硅激光器系统.该系统包括半导体泵浦光源和硅波导放大器.建立的硅激光器增益模型,与已知的实验结果达到了很好的一致,并给出了泵浦光源输出波形和硅激光器的输出波形.该系统可以集成在很小的CMOS器件上,实现光电子器件的集成化,有着广泛的应用前景.     

平面工艺制作的定向输出微腔半导体激光器

光学微腔中偶极子自发辐射受到空间和频谱调制,能实现自发辐射增强或抑制效应,而且其有源区体积可以非常小,有利于极低阈值工作和极高的调制速率.在过去的二十多年来,垂直腔面发射激光器、回音壁模式(whispering-gallery mode)微腔激光器以及光子晶体微腔激光器三类光学微腔激光器的研究取得了很大的进展.回音擘模式微腔中,模式光线由于其在微腔界面的入射角大于全反射临界角而受到限制,是一种结构非常简单的光学微腔.微盘激光器作为典型的回音壁模式微腔激光器,可利用普通的边发射激光器外延片材料,采用半导体平面工艺制作,引起了人们很大的重视.但圆对称结构的微盘激光器易于实现回音壁模式的全反射限制,却难以得到定向的激光输出,限制了它的应用.人们往往采用局部破坏圆盘的对称性、整体变形以及消逝波耦合的输出波导实现微盘激光器的定向激光输出.在圆对称的微盘结构中,模式光线在微腔与空气界面上的入射角是恒定的,而在整体变形的圆盘中,如椭圆形微腔中,模式光线在界面的入射角则不断变化,并在某些位置上小于全反射临界角而折射出光学微腔,从而实现定向输出.这种变形微盘中模式光线往往具有混沌现象,因而吸引了人们的注意.     

应用于光子集成的硅基混合集成人工微结构硅波导输出激光器研究

目前,硅光子集成在光通信和信号处理、微电子系统的片内和片间互连领域成为研究热点。虽然其基础元件如波导、输入/输出(I/O)耦合器、波分复用器、调制器和光探测器性能达到了一定水平,但是硅光子集成回路仍面临挑战,原因是硅基激光光源的制作仍然是一个技术难题。综述了近年来硅基混合集成激光器的进展,介绍了课题组的研究成果。将微结构引入到硅基混合集成硅波导输出激光器中,提出了新型的III-V/硅混合集成的微结构硅波导输出单模激光器。此新型激光器工作在通信波段。其中,InGaAlAs增益结构是通过晶片直接键合的方式与具有微结构的SOI(Si/SiO2/Si)集成。激光器模式选择机制是基于SOI中的周期微结构,仅通过标准光刻即可实现。微结构激光器室温连续输出为0.85mW,脉冲输出为3.5mW,边模抑制比为25dB。     

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。     

硼硅玻璃波导CO2激光器的波导管壁厚度与输出功率

在前一篇文章中讨论了密封式硼硅玻璃波导CO2激光器的制作等问题。文章中提到了为什么先选择这一材料,以及作为波导CO2激光器波导管材料的两个非常重要的参数——材料的折射率和热导率。     

一种新的SOI波导拉曼激光器模型及其应用

通过考虑腔中的自发拉曼散射,提出一种新的绝缘体上硅(SOI)波导拉曼激光器物理模型。仿真结果表明该模型能较好地描述其小信号输出特性,实现对该类激光器的快速分析、设计与优化。利用模型对基于多种SOI波导的拉曼激光器进行分析,结果表明室温下只有采用拥有较大拉曼系数,较小线性损耗和较短的有效载流子寿命的SOI波导才能使拉曼激光器达到阈值。提出采用优化SOI波导截面几何尺寸的方法来降低有效载流子寿命,进而提高整体拉曼增益。结果显示该方法可大幅提高SOI波导拉曼激光器的输出功率和能量转换效率。     

硅基氮化镓波长可调DFB激光器的模拟分析

基于严格耦合波以及介质平板波导理论,构建了硅基氮化镓分布反馈激光器的二维稳态物理模型。且利用多物理场直接耦合分析软件Comsol Multiphysics求解波动方程,得到了分布反馈激光器在可见光各波段形成单模输出的电场模一维、二维图谱,以及相对应的入射波长与电场模关系曲线。结合硅基光微机电系统技术和微加工技术,本文提出利用悬空的自支撑氮化镓周期可调光子光栅实现分布反馈激光器波长可调。数值模拟表明,在光栅的格子数目、光栅厚度、光栅宽度以及有源层厚度一定的情况下,改变光栅周期可以实现分布反馈激光器输出不同波长激光。理论分析与仿真结果基本一致,证明所建立激光器模型具有一定的合理性,得出的仿真数据为实现分布反馈激光器波长可调提供了有意义的参考。     

硅基拉曼激光器的研究与进展

硅基激光器实现的问题一直是硅光电集成的主要障碍。实现硅基激光器的有效方法之一是采用拉曼散射原理实现硅基拉曼激光器。本文详细阐述了硅基拉曼激光器的工作原理、波导结构,并介绍了近几年来已经实现的脉冲和连续波拉曼激光器的结构和工作性能。     

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)。     

高功率980nm非对称宽波导半导体激光器设计

设计了980nm非对称宽波导InGaAs/InGaAsP量子阱激光器,并在结构中插入电流阻挡层,有效地阻止载流子的泄露。用LASTIP软件对980nm非对称宽波导量子阱激光器进行理论模拟,与传统的980nm对称宽波导量子阱激光器相比,非对称宽波导量子阱激光器波导和量子阱之间有更小的能带差,非对称宽波导结构具有更低的阈值电流,更高的斜效率以及更低的阻抗,所以带有电流阻挡层的980nm非对称宽波导InGaAs/InGaAsP量子阱激光器有更高的光电转换效率和输出功率。     

CW Nd~(3+):YAG波导激光器的研制

首次报导一台实用的,高稳定度CW Nd~(3+):YAG波导激光器。输出单模激光功率>9W。激光器的结构特点是采用了波导谐振腔。用波导管进行输出激光的横模变换,     

InGaAsP单量子阱半导体微盘激光器研究

利用普通的液相外延和微加工技术成功地制备了ＩｎＧａＡｓＰ单量子陆微盘激光器，并从实验上观测到远低于普遍激光器阈值条件下的单模振荡，证实了微盘激光器中微盘很强的模式选择作用，反映了微盘的微腔特征。     

CO_2流动气体波导激光器的研究

本文对波导模的传输损耗、耦合损耗以及波导弯曲引起的附加损耗进行了分析和计算。研制成功CO_2流动气体波导激光器,获得稳定连续的输出,功率达600毫瓦。描述了器件的结构。     

光电流稳频复合腔调谐CO_2波导激光器的研究

研究了CO_2波导激光器光电流效应及光电流稳频、复合腔调频的CO_2波导激光器系统。获得60条谱线连续分立输出。单线最大输出功率为8W,长时间稳定度优于1％。     

内腔式CO_2激光器输出支线的研究

根据波导激光器理论分析了φ=3～6 mm、N～1的一类内脏式CO_2激光器输出支线的各种特点以及支线跳变现象.结果表明这是波导模的传输损耗d_(11)参予支线竞争的结果.     

高功率平板波导激光器进展

详细介绍了平板波导二极管(LD)抽运高功率同体激光器的进展,分析了系统的优点和潜在的风险。具体讨论了接近式LD耦合方式、双包层波导结构和非稳腔的使用,以及梯形结构波导、集成被动调Q设计。激光介质包括Yb^3 ,Nd^3 和Tm^3 掺杂的YAG晶体材料。具有单片紧凑波导结构的激光器可以获得超过10W的激光输出,获得近衍射极限的激光束。将来可以实现100W以上的激光输出并在单片器件内集成更多的功能。     

1.55-μm InGaAsP/InP基大功率半导体激光器的优化与制作

本文对1.55-μm InGaAsP/InP基大功率宽接触激光器进行了系统的设计优化,目的在于减小内部损耗的同时增大内量子效率,最终实现大功率输出。制作并深入分析了四种不同波导结构的宽接触激光器。通过理论分析和实验验证,表明梯度波导和薄的上波导限制层结构会产生高的内量子效率和输出斜率。最终1mm腔长,50μm条宽的未镀膜宽接触激光器获得了160mW的单边输出功率。     

射频激励二氧化碳金属波导激光器

本文介绍一种新型波导激光器。波导由一个单面凹型金属带构成,同时还兼作射频气体放电中的地电极。对该类型连续波器件的输出模式和输出光谱进行了理论分析和实验研究。金属波导激光器具有对流冷却、内腔模选控和部分自校准等优点。     

美国实现第一个硅激光器

美国加利福尼亚大学已演示了据称第一个利用喇曼效 应的硅(Si)激光器。这种发射波长为1675 nm、具有25 MHz重复频率的脉冲喇曼激光器采用硅波导作为增益介 质,关键器件是硅上隔离的凸台波导和环绕该芯片的环形 光纤。在9 W峰值泵浦脉冲功率下获得激光阈值,并获得 8．5％的斜效率。