光纤微球谐振腔回音壁模式光学特性的研究

从麦克斯韦尔方程出发,分析了介质微球谐振腔支持的回音壁模式(WGM)分布,针对光纤微球谐振腔这种实现回音壁模式的方式,进行了理论研究和通信传输实验系统的搭建,并阐明了优化的方向,仿真结果表明,实现激发回音壁模式的耦合与传统光波导谐振腔通信传输系统相比,光纤微球谐振腔的回音壁模式通信传输系统具有更深刻的物理内涵和应用价值。     

二极管侧面泵浦圆片激光器增益介质内泵浦光分布

设计了二极管侧面对称泵浦Nd:YAG圆片激光器实验装置,耦合系统采用简单且有效的柱透镜组,分别对二极管快轴和慢轴方向的泵浦光进行压缩准直。模拟得到并分析了二极管的发散特性对增益介质内泵浦光分布的影响,模拟采用光线追迹法,且同时考虑了二极管在快轴和慢轴方向的发散特性。实验得到增益介质内的荧光分布与模拟得到的泵浦光分布相吻合。     

光泵浦远红外气体激光器的研究发展

远红外激光具有穿透性强、光子能量低、带宽宽、通信传输容量大等优点,在公共安全、环境探测、生物医学、天文观测、军事以及通信等方面得到了广泛应用。在介绍了远红外波段激光器发展的基础之上,对产生远红外激光的各种方式进行了对比分析和总结,讨论了光泵浦远红外气体激光器的技术优势,并针对近年来远红外激光工作介质及其新谱线进行了归纳。通过对连续和脉冲光泵浦远红外气体激光器发展的回顾,结合该领域的一些重点研究方向,给出了未来光泵浦远红外气体激光器的研究趋势。     

基于PDMS基片的回音壁模式光纤激光器

介绍了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的回音壁模式(WGM)光纤激光器。激光器主要由多模石英光纤、塑料楔形光纤、激光染料溶液、玻璃基底和PDMS基片构成。将一根直径为279μm的石英裸光纤和一根直径为200μm的塑料楔形光纤耦合后固定在一块长和宽分别为2cm和1cm的玻璃基底上,在玻璃基底上浇注PDMS溶液后再经烘干形成厚度约为400μm的柔性PDMS基片。在基片上石英光纤与楔形光纤的耦合位置处刻出一个长为0.4cm,宽和高均为400μm的光纤沟道,在沟道中填入诺丹明6G的乙醇溶液并用另外一块玻璃基片封装后构成基于PDMS基片的回音壁模式光纤激光器芯片。采用沿石英光纤轴向消逝波光抽运方式,在PDMS芯片上实现了抽运能量为8.5μJ的低阈值的回音壁模式激光定向输出。     

泵浦光对固体激光器光束质量的影响

利用有泵浦增益时的谐振腔衍射积分方程,研究了二极管泵浦固体激光器中泵浦光对振荡光场的影响,分析了泵浦光分布和泵浦光半径对振荡光场的影响。结果表明当泵浦光分布分别为均匀分布和高斯分布及椭圆高斯分布时,最佳的泵浦分布为高斯分布;对于高斯光束泵浦,泵浦半径的变化会引起振荡光场的尺寸和形态的变化。定量分析结果表明泵浦半径在一定范围内变化时,振荡光斑半径均随泵浦光半径的增大而减小。在实际的DPL设计中需要根据对振荡光的要求进行泵浦光的优化设计。     

Al沉积时间对Si衬底GaN材料的影响

通过改变高温AlN形核层生长时提前通入TMAl的时间,分别在Si(111)衬底上生长了4个1μm厚的GaN样品,并对每个样品的GaN外延材料进行了分析研究。通过显微镜观察发现,Al的沉积时间为12 s时,GaN材料表面光亮,基本没有裂纹。另外通过喇曼谱和光荧光谱(PL)测试得出,随着生长初期Al沉积时间的增加(8～15 s),GaN外延层的水平应力逐渐减小(由1.28 GPa减小到0.67 GPa),Al的沉积时间为12 s时GaN外延材料的应力较小。同时,GaN材料(002)和(102)晶面的X射线衍射摇摆曲线表明,Al的沉积时间为12 s时GaN外延材料的晶体质量最好。     

图形化蓝宝石衬底形貌对GaN基LED出光性能的影响

近年来,图形化蓝宝石衬底(PSS)作为GaN基LED外延衬底材料被广泛应用.通过干法刻蚀和湿法腐蚀制备了不同规格和形状的蓝宝石衬底图形,并进行外延生长、芯片制备和封装验证,采用扫描电子显微镜(SEM)和3D轮廓仪进行形貌表征,研究了不同规格和形状的衬底图形对LED芯片出光性能影响,并与外购锥形衬底(PSSZ2)进行对比.结果表明,在20 mA工作电流下,PSSZ2的LED光通量为8.33 lm.采用类三角锥和盾形衬底的LED光通量分别为7.83 lm和7.67 lm,分别比PSSZ2衬底低6.00％和7.92％.对锥形形貌进行优化,采用高1.69 μm、直径2.62 μm、间距0.42 μm的锥形衬底(PSSZ3)的LED光通量为8.67 lm,比PSSZ2衬底高4.08％,优化的PSSZ3能有效地提高LED出光性能.     

图形蓝宝石衬底GaN基发光二极管的研制

采用抗刻蚀性光刻胶作为掩膜,并利用光刻技术制作周期性结构,进行ICP干法刻蚀C面(0001)蓝宝石制作图形蓝宝石衬底(PSS);然后,在PSS上进行MOCVD制作GaN基发光二极管(LED)外延片;最终,进行芯片制造和测试。PSS的基本结构为圆孔,直径为3μm,间隔为2μm,深度为864 nm,呈六角形分布。与同批生长的普通蓝宝石衬底(CSS)GaN基LED芯片相比,PSS芯片的光强和光通量比CSS分别提高57.32%和28.33%(20 mA),并可减小芯片的反向漏电流,且未影响芯片的波长分布和电压特性。     

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。     

回音壁模式光学微腔及其应用研究进展

近年来,高品质因子的回音壁模式（WGM）光学微腔发展迅速,成为光学和物理领域的热点研究。光学微腔是一种微型光学元件,由于其微小的尺寸和高品质因子,可以加强光与物质的相互作用并使光在其中长时间存留。WGM光学微腔是光学微腔的典型代表之一,具有体积小、灵敏度高和寿命长等优点,目前,基于WGM光学微腔的应用主要集中在各类传感、激光器和滤波器等领域。然而,当前对WGM光学微腔的研究还未实现大规模生产,仅处于实验室研究阶段,工业化生产还存在成本高、制作工艺困难等缺点。文章重点介绍了WGM光学微腔的研究进展,阐述了回音壁材料对Q值的影响,近几年WGM光学微腔在传感、激光器和滤波器领域的应用,并提出了在可能实现全光网络的未来WGM光学微腔存在的挑战及进一步研究方向。对于后续研究,文章认为首先需降低成本、缩短时间,提高制备工艺的精度和效率;其次,需要解决微腔与光学器件耦合的问题,提高耦合效率并提高抗干扰能力;最后,需要解决腔体对环境的敏感性问题,以确保微腔在制备滤波器等器件时具有良好的稳定性。     

微碟激光器的单模低阈值激射

简单分析了碟型微腔激光器中的激射模式及自发发射系数。采用反应离子刻蚀和选择性刻蚀方法蚀刻出InGaAs InGaAsP多量子阱 (MQW)碟型激光器 ,碟直径 3 μm ,在液氮温度下进行光抽运实验 ,观察其模式特性。实现了单模激射 ,波长 1 5 μm ,抽运阈值 18μW。     

扫描近场光学显微术对InGaP微盘发光模式的研究

采用反射式扫描近场光学显微技术分别对直径为５μｍ和１０μｍ的图钉式ＩｎＧａＰ光学微盘进行了形貌和光致发光的近场图样测量和研究,并与由常规光学荧光显微镜测得的荧光图象相比较．结果表明ＩｎＧａＰ微盘的近场发光图样不仅反映出荧光图象的回音壁模式特征,即沿微盘周界显示为一圈红色亮环,而且证实荧光图像中的红色亮环实际上与更精细的由分立的周期性亮点组成的近场光场分布相对应．结合微盘内部与外部的近场分布可以获得光学微盘中发光模式的重要信息．     

硅衬底GaN基LED的研究进展

与蓝宝石衬底相比，硅衬底具有低成本、大面积、高质量、导电导热性能好等优点，普遍认为使用Si片作GaN薄膜衬底有可能实现光电子和微电子的集成，因此Si基GaN的研究受到了广泛关注。本文回顾了Si衬底GaN基LED的研究进展，同时简要介绍了在Si衬底上制备GaN基LED的实验结果，及研制出工作电压为3．6V、串联电阻为31Ω、输出功率近1mW的Si衬底GaN基蓝光LED。     

Dynamically Modulated GaN Whispering Gallery Lasing Mode for Strain Sensor

The continuous development of strain sensors offers significant opportunities for improving human–machine interfaces and health monitoring. The dynamically modulated lasing mode is a novel approach to realize a flexible, noncontact, high color‐resolvability, high‐resolution, and ultrasensitive strain sensor. Here, a flexible strain sensor perceiving stress variations is reported via the dynamical regulation of a GaN whispering gallery lasing mode based on the piezoelectric effect. The refraction index of GaN shows a linear relationship with the applied external tensile strain, resulting in a redshift phenomenon of the lasing mode peak at room temperature due to the predominant function of the piezoelectric polarization in the GaN microwire. Compared with a strain sensor relying on the wavelength shift of a photoluminescence (PL) emission peak, the differences and advantages of a sensor based on the strain‐induced lasing mode variation are also investigated and analyzed systematically. This strain sensor may serve as an essential step toward the color mapping of mechanical signals by optical methods, with potential applications in color‐perceived touching sensing, noncontact stress measurement, laser modulation, and optical communication technologies.     

双纵模光泵超辐射式和腔式THz激光器的研究

利用半经典密度矩阵理论求解了双纵模泵浦下9能级，NH3分子系统激光介质的增益系数；计算了双纵模光泵超辐射式和腔式THz激光器的能量交换过程，从能量交换的角度比较了二者的差异，讨论了腔长和工作压强对输出光强的影响，得出了优化规律。     

回音壁模高Q蓝宝石谐振器研究与设计

采用径向+轴向模式匹配法完成了蓝宝石回音壁的模式分析,包括高次回音壁模式谐振频率的计算和电磁场分布,并研究了回音壁模谐振器的金属腔体设计等关键问题。制作的高Q蓝宝石谐振器在10.99GHz处,有载Q值达到了45000、插入损耗小于9dB。谐振器性能指标优越,非常适合应用于低相位噪声振荡器设计中。     

LD泵浦Nd：YAG微片激光器的单纵模运转

继去年我们在国内首先实现了ＬＤ泵浦Ｎｄ：ＹＡＧ微片激光器的室温连续单横模运转之后，最近又观测到了稳定的单纵模输出。当泵浦电流从７００ｍＡ增加到９００ｍＡ，或当上下左右平移微片时，无论是脉冲工作，还是连续运转，均能输出单纵模，波长为１．０６４μｍ且无跳模。     

Coreless Fiber‐Based Whispering‐Gallery‐Mode Assisted Lasing from Colloidal Quantum Well Solids

Whispering gallery mode (WGM) resonators are shown to hold great promise to achieve high‐performance lasing using colloidal semiconductor nanocrystals (NCs) in solution phase. However, the low packing density of such colloidal gain media in the solution phase results in increased lasing thresholds and poor lasing stability in these WGM lasers. To address these issues, here optical gain in colloidal quantum wells (CQWs) is proposed and shown in the form of high‐density close‐packed solid films constructed around a coreless fiber incorporating the resulting whispering gallery modes to induce gain and waveguiding modes of the fiber to funnel and collect light. In this work, a practical method is presented to produce the first CQW‐WGM laser using an optical fiber as the WGM cavity platform operating at low thresholds of ≈188 µJ cm^?2 and ≈1.39 mJ cm^?2 under one‐ and two‐photon absorption pumped, respectively, accompanied with a record low waveguide loss coefficient of ≈7 cm^?1 and a high net modal gain coefficient of ≈485 cm^?1. The spectral characteristics of the proposed CQW‐WGM resonator are supported with a numerical model of full electromagnetic solution. This unique CQW‐WGM cavity architecture offers new opportunities to achieve simple high‐performance optical resonators for colloidal lasers.     

基于回音壁模式的球形光学微腔实验研究

采用聚苯乙烯材料制作出不同直径(50～250μm)的球形光学微腔并实现了微腔与锥形光纤的耦合,测量了球形光学微腔在1570～1576nm波长范围内的吸收光谱,实验结果表明球形光学微腔在这一波长范围内可发生基于回音壁模式(WGM)的光学谐振,且WGM吸收峰的相邻波长间隔随着聚苯乙烯微球直径的增大而减小。通过吸收光谱计算了聚苯乙烯微球在其本征频率下的品质因子,结果表明微球品质因子数量级均在104以上。