光子集成混沌半导体激光器研究进展（特邀）

混沌激光具有宽频谱、类噪声、低相干等特性,在保密光通信、高速随机数、混沌激光雷达、混沌光时域反射仪和分布式光纤传感等领域具有重要的应用价值。光子集成混沌激光器是混沌激光应用的核心器件,具有体积小、性能稳定、成本低等优点。综述了近十年来光子集成混沌半导体激光器的进展及其主要应用。首先介绍了混沌半导体激光器的集成方式;接着介绍了光子集成混沌半导体激光器的分类,根据其扰动方式讨论了直腔单反馈、多腔反馈、环形腔反馈、二维外腔反馈、互注入等结构,并对比分析了各自的优势与输出特性;然后介绍了光子集成混沌半导体激光器在光时域反射仪、保密光通信和高速随机数产生等方面的应用;最后,讨论了光子集成混沌激光器的关键集成技术、时延特征抑制及间歇混沌的特性。     

以光子阱提高光学集成度

伊利诺斯州西北大学的研究人员和佛罗里达州美国集成光学公司的工业合作者正在发展以光子阱和光子线为基础的光子器件，光子阱和光子线是分别使光进行一维和两维强烈约束的微型光波导。这种器件包括微型环状激光器和微腔共振器。据该大学主要研究人员ＳｅｎｇＨｏ说，可以想像，这种器件可成为一代光电子元件的前奏或组件构成，这种器件不仅更为有效，而且也更加小巧，可望产生高密度光子集成。集成光学公司的ＭｅｅＣｈｉｎ把光子线描述成是量子阱或势阱的必然光学结果，这种阱从尺寸为德波罗依波长（约１０ｎｍ）量级和较低电子势的区域获…     

半导体微腔双稳态激光器

适于光子集成的半导体微腔双稳态激光器,在高速光存储、光交换等光信息处理方面具有重要的应用价值。模式竞争产生的双稳态半导     

光子晶体使面发射量子级联激光器成为可能

将光子晶体共振腔内置到量子级联激光器中，美国的研究人员已开发出一种小型的面发射激光器。这种激光器将在化学传感、光谱分析及成像中具有潜在的应用。美国新泽西州默里希尔的贝尔试验室和帕萨迪纳州的加利福尼亚工学院的科研小组共同研制的中红外激光器可作为研究光子晶体及微腔作用的样机系统。     

InGaAsP/InP二维半导体光子晶体激光器的研究

光子晶体具有调控光子的能力,而光子晶体激光器的实现则证实了这种调控能力.描述了基于InGaAsP/InP材料的二维半导体光子晶体激光器的研究,主要介绍了点缺陷型光子晶体微腔激光器的理论设计、模拟分析及与器件性能的比较.理论上采用平面波展开法和三维有限时域差分法,分析了通过采用调整点缺陷腔的最近临空气孔的尺寸,可以提高光学微腔的品质因子Q,从而提高激光器的工作性能,降低激光器的激射阈值,实验中研制了不同近邻孔径尺寸的激光器,观测到激光器激射阈值降低的现象,实验结果与理论模拟相一致,除此之外,还实现了光子晶体三角形腔和H2腔激光器的激射.     

低阈值光子晶体激光器

具有高质量因子(Q)和小模体(Vmode)的小型化纳米腔激光器的探索已成为集成光学领域研究中的重要部分。光子晶体(PC),特别是平面PC(PPC)是实现小型化光纳米腔与波导、调制器和探测器集成的可制作几何图形的最有希望的技术.迄今为止,已有几个有关PPC纳米腔室温激光的报导。     

InP基环形波导激光器的研究与进展

光子集成作为未来全光网络发展的必然趋势,是实现高速光通信的重要解决方案。正如硅基集成电路的发展历程一样,找到一种类似晶体管的基本集成单元,并实现光子集成的大多数功能是目前光子集成技术中最迫切的问题。近年来,由于半导体环形谐振器的功能多样性和可集成性,使其最有可能成为光子集成的基本单元,因而成为集成光子学、光通信和光信息处理领域的研究热点。文章在介绍半导体环形激光器工作原理和基本特性的基础上,总结了InP基环形波导激光器在集成光源及光信息处理方面的应用和最新进展。     

激光技术与应用

纳米光子集成激光器;光纤激光器用集成Sagnac环形反射镜电路;高功率半导体激光器和半导体光放大器的热学研究;光束组合的高功率片状耦合光波导激光器阵列的封装;基于InGaP／InGaAlP材料的可见微盘形激光器和光子晶体激光器;2．3μm高亮度GaSb基光泵浦半导体盘形激光器；     

光学微腔的应用和发展前景

随着激光技术的不断发展,高Q值光学微腔受到广泛关注,其应用领域不仅局限于传统光学,在量子信息和集成量子芯片方面更是有广阔的应用前景。简要分析了两种不同类型光学微腔(回音壁模式光学微腔和光子晶体缺陷腔)的原理、发展历程以及相对于传统光学谐振腔的优势。同时数值模拟出了不同结构光学微腔的模式分布。基于其特殊优势,介绍回音壁模式光学微腔在激光技术、生物探测以及量子物理领域的重要应用,并且预测光子晶体微腔将在集成光学、微电子技术等领域具有巨大的发展前景。     

异质集成微波光子器件发展现状

微波光子学利用光子技术实现微波信号的产生、传输、处理及控制,可突破传统微波技术在带宽、传输损耗和抗电磁干扰等方面的瓶颈,提升雷达、电子战等信息系统的综合性能.激光器、电光调制器和光电探测器是微波光子技术中的三种核心光电子器件,其性能对微波光子链路的噪声和动态等指标具有决定性的影响,但基于分立器件的微波光子系统体积、重量较大,难以满足雷达、电子战等系统的阵列化需求,硅基异质集成技术以及高密度低损耗片上光传输互连技术是解决有源器件集成和无源器件集成的关键技术.文章介绍了用于微波光子的硅基激光器、电光调制器、光电探测器和波导的异质集成技术的发展现状,并探讨了集成微波光子技术的发展趋势.     

光子晶体垂直腔型表面发射和接收光电子器件

介绍了制作光子晶体垂直腔面发射激光器实验研究的主要内容,包括材料的光谱测试分析、氧化工艺以及制作光子晶体等,成功制作了波长在980nm附近的光子晶体垂直腔面发射激光器.在此基础上,采用高精度湿法腐蚀和感应耦合等离子体干法刻蚀技术,研究制作了基于垂直腔面发射激光器外延材料的光子晶体谐振腔增强型探测器.     

光子线微腔激光器

1 引言微腔激光器是当前光电子学和光子学中迅速发展起来的一种新器件。所谓微腔一般是指至少有一维尺寸在光波长量级的微型光学谐振腔,而光子线微腔激光器有二维尺寸     

光子晶体垂直腔型表面发射和接收光电子器件

介绍了制作光子晶体垂直腔面发射激光器实验研究的主要内容,包括材料的光谱测试分析、氧化工艺以及制作光子晶体等,成功制作了波长在980nm附近的光子晶体垂直腔面发射激光器.在此基础上,采用高精度湿法腐蚀和感应耦合等离子体干法刻蚀技术,研究制作了基于垂直腔面发射激光器外延材料的光子晶体谐振腔增强型探测器.     

蝶形纳米天线调控的超高品质光子-等离激元混合微腔

具有超高品质因子的光学微腔是构造各种集成光子器件的重要组件，以光子晶体微腔为基础的混合微腔为实现强烈的光和物质相互作用提供了一个新颖的平台，在腔量子电动力学、集成单光子源、量子计算等方面都具有十分广阔的应用前景。本文基于双异质结构光子晶体微腔，结合蝶形金纳米天线等离激元结构，设计实现了一种可见光波段的新型光子-等离激元混合微腔，并通过改变蝶形金纳米天线的间隙、角度、长度、厚度、相对位置等结构参数，利用三维时域有限差分法研究了等离激元纳米结构对混合腔的品质因子、有效模式体积、品质因数的调控规律，模拟结果显示，混合腔的有效模式体积和品质因数分别始终稳定在10^-6(λ/n)³和10⁸(λ/n)^-3数量级，最佳品质因数值可达5.730689×10⁸(λ/n)^-3，优于其他类型的微腔。     

光子晶体垂直腔面发射激光器特性研究

本文介绍了光子晶体垂直腔面发射激光器的制备工艺、工作原理、基本特性和研究进展,重点评述了光子晶体垂直腔面发射激光器的优良特性及应用前景.我们认为光子晶体垂直腔面发射激光器是一种新型的半导体激光器,它具有大出光孔径、较高的出光功率、稳定的单模、多芯传输等特点,而且具有优良的热特性和高速调谐特性,可在二维光信息处理的GaAs基近红外波段激光器、面阵集成等方面具有很大的应用潜力.     

利用Padé近似理论分析光子晶体微腔结构

利用数学Padé近似理论和时域有限差分(FDTD)方法作为一种谱分析手段,研究了几种具有对称性的光子晶体微腔结构,用较短的时间序列计算得到很高的谱分辨率和精度,通过分析光子晶体微腔的缺陷模式,得到了品质因子高达10~6量级的光子晶体微腔结构,为优选光子晶体材料,提高激光器的功率转换效率提供了一定的理论依据。     

光子晶体的微腔特性

为了设计一种高品质因子的光子晶体微腔和研究单缺陷光子晶体微腔谐振模波长随晶格常数的变化规律,使用时域有限差分法(difference time-domain method)和基于Baker算法的Padé近似方法计算了半导体材料上空气孔阵列光子晶体微腔的谐振模波长和品质因子.得到的新型光子晶体微腔的品质因子达246510,单缺陷光子晶体微腔模波长随晶格常数a和孔半径r的近似为线性变化关系:当孔半径r为一常数时,表现为晶格常数改变1nm,谐振波长变化约3nm,为实际制作光子晶体微腔激光器提供了理论指导.     

光子晶体的微腔特性

为了设计一种高品质因子的光子晶体微腔和研究单缺陷光子晶体微腔谐振模波长随晶格常数的变化规律,使用时域有限差分法(difference time-domain method)和基于Baker算法的Padé近似方法计算了半导体材料上空气孔阵列光子晶体微腔的谐振模波长和品质因子.得到的新型光子晶体微腔的品质因子达246510,单缺陷光子晶体微腔模波长随晶格常数a和孔半径r的近似为线性变化关系:当孔半径r为一常数时,表现为晶格常数改变1nm,谐振波长变化约3nm,为实际制作光子晶体微腔激光器提供了理论指导.     

半导体微环谐振器及在光学滤波中的应用

半导体微环谐振器结构紧凑、集成度高、功能丰富,是构建超大规模集成光子回路最有潜力的代表之一．目前,它已广泛用于通信滤波器、延迟线、传感器、微激光器和光存储等方面,并成为集成光电子、光通信和光信息处理领域的研究热点．在研究介绍微环谐振器的工作原理基础上,分析了侧向耦合和垂直耦合微环谐振器的优缺点,总结了半导体微环谐振器在无源、有源和可调谐滤波器方面的应用和最新进展．     

硫系集成光频梳（特邀）

硫系玻璃集成光学微腔（硫系微腔）具有高线性折射率和高非线性系数、超宽透光窗口、较低的热光系数,并且可通过常规半导体微纳加工技术实现精确的色散调控,在非线性集成光子学领域备受关注。近年来,来自中山大学的研究者们开发了新型Ge₂₅Sb₁₀S₆₅硫系材料平台并实现了一系列具有高品质的硫系集成光子器件。主要综述了基于硫系微腔实现集成孤子光频梳产生和调控方面的工作。通过不断优化集成光子器件的加工工艺,实现了具有高品质因子（Q>106）的集成微环谐振腔,进一步通过精确的色散调控分别在该硫系集成微腔内实现了低泵浦功率的锁模光孤子频梳和宽带可调谐的拉曼-克尔光频梳。