应用于光互连的金属限制介质辅助键合III-V/硅基混合集成激光器

硅基键合III-V 材料激光器,作为互补氧化物半导体(CMOS)兼容硅基光互连系统中的一个关键元件,近年来引起了人们的高度重视并得到了广泛的研究。金属限制结构可以增强器件对光场的限制,提高界面反射率和工艺容差,从而实现小体积低能耗硅片上集成光源。对金属限制介质辅助键合III-V/硅基混合集成激光器进行了研究,介绍了该激光器的基本原理和实验方案,并对制作的不同结构激光器的特性进行了分析,该研究工作的开展将有助于实现III-V/硅基混合集成激光器在低能耗高带宽的硅基光互连中的应用。     

硅基喇曼激光器研究进展(本期优秀论文)

硅基激光器的研制对于新兴的硅基光子学的发展具有重要意义,介绍了硅基材料中喇曼散射的原理、特点,并总结了硅基喇曼激光器的发展历程和最新进展,展示了硅基喇曼激光器发展的良好前景.     

基于氧化石墨烯的类噪声脉冲拉曼光纤激光器

报道了基于氧化石墨烯可饱和吸收体的类噪声脉冲拉曼光纤激光器。该激光器采用了一种由掺铒光纤谐振腔和拉曼光纤谐振腔构成的全光纤双环形腔结构。拉曼增益介质为长约700m的商用硅基高非线性光纤。当半导体激光器的抽运功率为4.16W时,得到了中心波长为1690.2nm,重复频率为250kHz,脉冲宽度为500ns的稳定的脉冲激光,其信噪比为53dB。     

介质辅助键合Ⅲ-Ⅴ/硅基混合集成金属限制激光器

硅基键合Ⅲ-Ⅴ材料激光器,作为互补氧化物半导体(CMOS)兼容硅基光互连系统中的一个关键元件,近年来引起了人们的高度重视并得到了广泛的研究。金属限制结构可以增强器件对光场的限制,提高界面反射率和工艺容差,从而实现小体积低能耗硅片上集成光源。对金属限制介质辅助键合Ⅲ-Ⅴ/硅基混合集成激光器进行了研究,介绍了该激光器的基本原理和实验方案,并对制作的不同结构激光器的特性进行了分析,该研究工作的开展将有助于实现Ⅲ-Ⅴ/硅基混合集成激光器在低能耗高带宽的硅基光互连中的应用。     

高功率光纤拉曼激光器研究进展

随着大功率半导体抽运技术和新型光纤结构的发展,高功率光纤拉曼激光器逐渐成为研究的热点。从锗硅单包层光纤、双包层光纤以及光子晶体光纤拉曼激光器的物理模型入手,介绍了高功率光纤拉曼激光器的基本理论,指出了它们各自的优缺点和最新的研究进展。论述了当前窄线宽光纤拉曼放大器的最新进展、存在的技术难点以及解决方法。展望了光纤拉曼激光技术在高功率激光器方面的发展前景。     

硅发光研究新进展

回顾了硅发光的研究历程,归纳了新近各种实现硅发光的方法及其优缺点,其中包括单晶硅、纳米晶硅、掺Er硅纳米簇、Si/Ge量子级联结构、THz发射以及硅的受激拉曼散射等方法,并详细介绍了最近在硅拉曼激光器的结构设计、实验装置及其光谱图等方面的新突破.     

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。     

级联拉曼光纤激光器

只要具备合适的泵源，拉曼光纤激光器可以在很大的波长范围获得激光输出，并可进行宽带调谐。本文从结构、原理和工作特性范围方面对三类级联拉曼光纤激光器的最新进展进行了系统的概述，并指出了其发展趋势。     

GaSb基光泵浦半导体碟片激光器的研究进展(特邀)

GaSb基光泵浦半导体碟片激光器（OP-SDLs）可以获得高光束质量和高功率的红外激光输出,是近年来新型中红外激光器件研究领域的热点。文中介绍了GaSb基光泵浦半导体碟片激光器增益芯片的外延结构和工作原理,综述了2 m波段GaSb基泵浦半导体碟片激光器的研究进展,讨论了该类激光器的波长扩展、功率提升、实现窄线宽短脉冲发射和有效热管理关键问题,评述了性能发展的主要技术方向和应用前景。     

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。     

Light from silicon [silicon-based lasers]

This article gives a brief discussion on the possibility of producing silicon-based lasers. It outlines a soon-to-be-released silicon LED, based on nanocrystals, and considers the future probability of silicon laser development.     

硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线及其若干半导体器件

综述了硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线与异质结制备技术的研究进展.针对基于Ⅲ-Ⅴ族纳米线的半导体器件,重点介绍了硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线场效应晶体管的研究现状,详细介绍了硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线场效应晶体管和隧穿场效应晶体管的制备流程、工艺技术和器件的电学性能,并对影响器件电学性能的因素进行了分析.概括介绍了硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线激光器和硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线太阳电池的研究成果,基于硅衬底的Ⅲ-Ⅴ族纳米线太阳电池为低成本、高效能的太阳电池领域开辟了新途径.研究结果表明,采用硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线制备的场效应晶体管、激光器及太阳电池等半导体器件相对于Si,Ge等传统半导体材料制备的器件有着巨大的优势,在未来集成电路技术中具有越来越大的影响力.     

Stokes-Anti-Stokes Iterative Resonator Method for Modeling Raman Lasers

We present a novel modeling method to describe the steady-state and transient regimes of a continuous-wave pumped Raman laser emitting both Stokes and anti-Stokes photons. Our so-called "Stokes-anti-Stokes iterative resonator method" evaluates for every half round-trip time the longitudinal distribution of the intracavity pump, Stokes and anti-Stokes fields propagating in forward and backward directions. Although this Stokes-anti-Stokes iterative resonator method is widely applicable, its most important asset resides in its ability to accurately model Raman lasers that feature cavity enhancement of the pump power and that emit both Stokes and anti-Stokes photons. Important here is that our modeling method correctly incorporates the longitudinal intracavity field distributions, the generation of anti-Stokes photons, and the interference effects between incident and intracavity pump fields, and that it describes not only the lasers' steady-state operation but also their transient characteristics. We demonstrate for both a hydrogen-based and a silicon-based Raman laser with pump cavity enhancement that the Stokes-anti-Stokes iterative resonator method performs better than the modeling methods presently used for these categories of Raman lasers. Finally, to demonstrate the potentialities of our modeling method, we numerically simulate, for the first time according to our knowledge, the anti-Stokes emission generated by a silicon-based Raman laser     

Research progress of III-V laser bonding to Si

The vigorous development of silicon photonics makes a silicon-based light source essential for optoelectronics'' integration. Bonding of III-V/Si hybrid laser has developed rapidly in the last ten years. In the tireless efforts of researchers, we are privileged to see these bonding methods, such as direct bonding, medium adhesive bonding and low temperature eutectic bonding. They have been developed and applied to the research and fabrication of III-V/Si hybrid lasers. Some research groups have made remarkable progress. Tanabe Katsuaki of Tokyo University successfully implemented a silicon-based InAs/GaAs quantum dot laser with direct bonding method in 2012. They have bonded the InAs/GaAs quantum dot laser to the silicon substrate and the silicon ridge waveguide, respectively. The threshold current of the device is as low as 200 A/cm². Stevan Stanković and Sui Shaoshuai successfully produced a variety of hybrid III-V/Si laser with the method of BCB bonding, respectively. BCB has high light transmittance and it can provide high bonding strength. Researchers of Tokyo University and Peking University have realized III-V/Si hybrid lasers with metal bonding method. We describe the progress in the fabrication of III-V/Si hybrid lasers with bonding methods by various research groups in recent years. The advantages and disadvantages of these methods are presented. We also introduce the progress of the growth of III-V epitaxial layer on silicon substrate, which is also a promising method to realize silicon-based light source. I hope that readers can have a general understanding of this field from this article and we can attract more researchers to focus on the study in this field.     

硅基BIB红外探测器研究进展

以锗基和硅基为主的阻挡杂质带（blocked impurity band,BIB）红外探测器的兴起有力推进了红外天文学的快速发展,其中硅基BIB红外探测器在特定波长的航天航空领域有着不可替代的地位。国外对硅基BIB红外探测器的研究已有40多年,以美国航空航天局（NASA）为主的科研机构已经实现了硅基BIB红外探测器在天文领域的诸多应用,而国内对硅基BIB红外探测器的研究尚处于起步阶段。本文首先阐述了硅基BIB红外探测器的工作原理,然后简单概述了器件结构和制备工艺,并对不同类型的硅基BIB探测器的性能进行了对比分析,之后介绍了其在天文探测中的应用,最后对硅基BIB红外探测器未来的发展进行了展望。     

Si基SiC微通道及其制备工艺

提出了一种用于MEMS的硅基SiC微通道(阵列)及其制备方法,它涉及半导体工艺加工硅晶片和化学气相淀积方法制备SiC。在Si(100)衬底上用半导体工艺刻蚀出凹槽微结构,凹槽之间留出台面,凹槽和台面的几何尺寸(深度、宽度、长度)及其分布方式根据需要而定,此凹槽微结构用作制备SiC微通道的模板;用化学气相淀积方法在模板上制备一厚层SiC材料,此层SiC不仅完全覆盖衬底表面的微结构包括凹槽和台面,还在凹槽顶部形成封闭结构,这样就在衬底上形成了以凹槽为模板的SiC微通道(阵列)。对淀积速率与微通道质量之间的关系进行初步分析,发现单纯地提高淀积速率不利于获得高质量的微通道。     

Cascaded silicon Raman lasers as mid-infrared sources

It is shown by numerical simulations that cascaded silicon Raman lasers, in which the pump light undergoes multiple Stokes shifts in a silicon waveguide, can efficiently convert near-IR to mid-IR radiation. For pump wavelengths significantly below 2 mum, two-photon-absorption-induced free-carrier absorption degrades conversion efficiency, and the effective carrier lifetime determines the shortest possible pump wavelength     

中红外硅基调制器研究进展（特邀）

硅材料在1.1~8.5 μm有非常低的吸收损耗,因此硅基光电子学有望扩展到中红外波段。并且随着通信窗口扩展、气体分子检测、红外成像等应用需求的出现,硅基中红外波段器件研发工作的开展势在必行。在中红外波段硅基光电子器件中,硅基调制器有着举足轻重的地位:它是长波光通信链路中不可或缺的一环,还可以应用在片上传感系统中提高信噪比、实现光开关等功能。研究发现,相比于近红外波段,硅和锗材料在中红外波段有更强的自由载流子效应和热光效应,因此,基于硅基材料的中红外调制器具有独天得厚的优势。系统总结了中红外硅基调制器的发展趋势和研究现状,介绍了基于硅和锗材料的电光调制器以及热光调制器的工作原理和最新研究进展,最后对中红外硅基调制器进行了总结与展望。