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；     

光子晶体提高发光二极管的发光性能

多年来，光的自发发射被认为是辐射原子的一种天然和不可改变的特性。但我们现在知道，通过改变原子所处环境的方法可以控制原子的自发发射：比如，可把金属反射镜放在原子附近，或把原子包封在金属腔内或光子晶体内。用这种方法就可操纵原子环境中的真空波动或零点电磁场。光子晶体是种人工晶体，它具有一维、两维或三维周期性。这种结构产生了电场波的带隙，正像半导体具有电子波为禁戒的带隙或能量范围一样。光子晶体可用来抑制某一方面的自发发射，而增加另一方向自发发射。麻省理工学院的ShanhuiFan等现已证明光子晶体可如何用来产生…     

利用光子晶体提高InP基LED出光效率

应用FDTD方法计算了二维无限大光子晶体的能带结构,并制备出了InP基二维平板结构的光子晶体器件.在制备过程中尝试了仅用PMMA做掩模以及PMMA和SiO2做掩模两种方法.结果表明,不使用SiO2做掩模的情况下,由于PMMA胶选择性较差,在刻蚀过程中难以保证图形的准确转移.而增加SiO2掩模后,获得了图形质量良好的光子晶体结构.成功实现了利用光子晶体结构增强LED的出光效率,与未制作光子晶体结构的LED相比,光子晶体结构LED的出光效率可在原来基础上提高1倍以上.并且随着晶格常数的增加,出光效率进一步提高.     

利用光子晶体提高InP基LED出光效率

应用FDTD方法计算了二维无限大光子晶体的能带结构,并制备出了InP基二维平板结构的光子晶体器件.在制备过程中尝试了仅用PMMA做掩模以及PMMA和SiO2做掩模两种方法.结果表明,不使用SiO2做掩模的情况下,由于PMMA胶选择性较差,在刻蚀过程中难以保证图形的准确转移.而增加SiO2掩模后,获得了图形质量良好的光子晶体结构.成功实现了利用光子晶体结构增强LED的出光效率,与未制作光子晶体结构的LED相比,光子晶体结构LED的出光效率可在原来基础上提高1倍以上.并且随着晶格常数的增加,出光效率进一步提高.     

二维光子晶体对面发射激光器横模控制研究

垂直腔面发射激光器的单模输出特性在光网络数据传输光互连、光存储和激光打印中有重要的应用.传统的氧化限制型垂直腔面发射半导体激光器由于串联电阻大、发热严重而很难工作在单模状态.二维光子晶体结构可以有效地控制垂直腔面发射激光器的横向模式,使器件工作在单模状态下.从理论上系统研究了光子晶体垂直腔面发射半导体激光器的单模条件,成功设计了一组单模光子晶体垂直腔面发射半导体激光器,并通过常规工艺制作出功率0.6 mW、边模抑制比大于30 dB、阈值电流4 mA、远场发散角8.4°、不受电流注入影响的单模光子晶体垂直腔面发射半导体激光器.实验证明:光子晶体可有效地进行横模控制.     

表面发射光子晶体DFB激光器

光子晶体（PC）具有周期性折射率变化，并具有实现新型光器件的极大潜力，正受到广泛关注。本文介绍了PC基本原理与特性，并介绍了表面发射（SE）光子晶体分布反馈（DFB）半导体激光器的结构、最佳化设计、制作工艺和输出特性。     

二维平板光子晶体微腔与波导的耦合北大核心CSCD

光子晶体是介质介电常数呈周期性排布的结构,具有光子带隙,处于光子带隙中的电磁波无法在其中传播。二维平板光子晶体是通过在衬底上刻蚀周期性排列的空气孔柱而形成的结构,由于其具有优良的控制光传播的特性而得到广泛的研究和应用。介绍了在二维平板光子晶体中引入缺陷形成的光子晶体微腔和波导的方法和性质。通过调整几何参数控制微腔与波导之间的耦合,实现基于二维平板光子晶体的全光开关、光存储、单光子源等光学器件并讨论其在量子光学网络中的应用。     

基于光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅设计与制备

刻蚀衍射光栅作为波分复用/解复用器件,有望在光通信系统中得到广泛应用。在基于顶层硅厚度为220 nm的绝缘体上硅材料上设计并制作了一种新型刻蚀衍射光栅,该刻蚀衍射光栅引入六角晶格空气孔型光子晶体作为其反射镜。模拟结果显示,相较于传统的阶梯光栅反射镜的刻蚀衍射光栅,光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅在理论上可有效降低器件的制作工艺难度以及插入损耗,同时可以实现器件偏振的保持。随后仅利用一步电子束光刻工艺及一步电感耦合等离子体刻蚀工艺制作了该光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅。测试结果表明:该光子晶体反射镜的刻蚀衍射光栅片上损耗为9.51~11.86 dB,串扰为5.87~8.72 dB,后续可通过优化工艺条件和优化输出波导布局,进一步提高器件的性能。     

对光子选择反射的光子晶体

对光子选择反射的光子晶体１９９１年首次演示的一种新型材料——光子晶体已找到首项应用。这种材料的光子行为类似半导体中的电子，它有一系列光子“禁戒”频率，在这些频率上，材料起着对光子的全反射作用。美国研究人员已把光子晶体用作微波微型天线反射镜，总有一天会...     

表面发射光子晶体激光器进展

光子晶体由于其优越特性而有极好的应用前景，表面发射光子晶体激光器是目前国际上的研究热点之一。在光通信等光电子领域中，需要具有大功率和单模衍射限圆形输出光束的表面发射（SE）半导体激光器。SE激光器是通过其极短的谐振腔结构控制波长，光输出垂直于或倾斜于衬底，     

能把光子约束在晶体中的折变晶体材料

日本京都大学研究人员已证明，能对光进行三维约束的一种结构──光子晶体可用普通工艺技术制造。以前，这种结构只适用于微米到毫米波长范围，但研究人员用他们的新方法已制作了对10um辐射工作的稳定器件。不需要用新技术就能制作适用于更短通讯波长的类似器件。这种器件由于能抑制光在其结构中的传播而防止了自发发射和不希望方向的能量泄漏。它们的应用有可能导致零阈值半导体激光器的产生。有很多方法可进行光约束，以致仅在一个方向即腔镜和量子点方向振荡，两者均能提供约束。光子晶体利用折射率的周期性变化产生三维约束，这不太像法…     

光子晶体研究进展

详细论述了光子晶体概念提出到现在的十五年的研究进展。在阐述了光子晶体的概念及其抑制自发辐射和光子局域化等特性后，分别介绍了关于光子晶体的理论研究、实验研究和应用研究。理论研究重点介绍了平面波展开法、格林函数法、时域有限差分法、转移矩阵法。实验研究重点介绍了光子晶体的制作方法：打孔法、逐层叠加法、微机械技术、光学方法，反蛋白石法及刻蚀等多种半导体制作技术，同时介绍了光子晶体特性参数的测量。应用研究重点介绍了光晶体光纤和波导、低损耗反射镜和超棱镜、光子晶体微谐振腔、光子晶体滤波器、高效发光二极管和光子晶体偏振器、非线性光学效应、低阈值激光振荡等。     

带有光子晶体波导的微型随机激光器研究

文中采用有限时域差分(FDTD)法研究了ZnO随机介质与光子晶体波导相结合的微型激光器的辐射特性和频谱特性,用平面波展开法分析了光子晶体能带特性。数值研究结果表明:由于光与随机介质相互作用,使得光在该微型激光器中放大,损耗减小,存在较长滞留时间,同时随机介质局域光的能力变强,激光的阈值降低,而且含四方格子结构光子晶体的激光器具有良好的激光特性和调制作用。该新型器件的设计与研究将为研制可嵌入集成光子芯片的、低阈值的微型激光器提供理论基础。     

光子晶体调制半导体激光器侧模

为了实现半导体激光器的单侧模稳定工作,提出了一种在激光器的脊条两侧引入光子晶体结构滤除半导体激光器高阶侧模的方法。通过调整激光器上表面的刻蚀深度、光子晶体区域的条宽和间隔来改变激光器内部的模场分布,同时结合选择性的载流子注入来增强基模的激射优势,进而减少侧模的数量。实验上制作了主脊条宽度为6 m,光子晶体周期5 m,波长1 550 nm的半导体激光器。测试结果表明:在连续工作的情况下,电流300 mA的时候,高阶侧模受到抑制,水平发散角变为10.2,证实了光子晶体结构调制激光器侧模的可行性。     

新型正方晶格基横模光子晶体面发射激光器

高功率基横模垂直腔面发射激光器（VCSEL）在光通信、传感、原子频标和光电混合集成等领域有着重要的应用,将光子晶体结构引入到VCSEL中,通过设计结构尺寸和分布,可以有效控制VCSEL的横向模式。课题组将正方形排列的光子晶体结构引入到VCSEL中,实现对VCSEL的横向模式和基横模出光功率控制,获得高基横模出光功率器件。通过采用平面波展开法（PWE）和全矢量三维时域有限差分方法（FDTD）对正方晶格结构光子晶体的合理设计,获得正方形排布光子晶体周期、占空比和刻蚀深度等重要参数。成功地制备出基横模出光功率大于3 mW,边模抑制比大于40 dB的正方晶格光子晶体VCSEL。     

电可调谐的聚合物液晶光子晶体

设计了一个无顶的（top-cut）六角棱镜,棱镜高h=3.73cm ,侧面与底面夹角alfa=66 。利用此棱镜和光全息刻蚀的方法,在光抗材料上制作了对称六角结构、蜂窝结构和椭圆柱非对称等结构的光子晶体;并且在聚合物分散液晶材料上制作了大面积电可调谐的光子晶体结构。该光路系统结构简单、稳定、重复性好。光子晶体的理论干涉模式和实验制作结构相比较,结果吻合的非常好。另外还研究了光子晶体的远场衍射模式和电转换特性,对称的六角衍射模式更好的揭示了光子晶体的六角结构。晶体结构中液晶微滴（droplet）的尺寸最小可到10nm,直流转换电压最小达到13.3V/?m。这对研究电调谐的光子晶体激光器和电光转换装置有非常深远的意义。     

光子晶体垂直腔面发射激光器的研究进展

单模垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有低功耗、小发散角、高调制带宽和易于二维集成等优点,在光互连、光存储、高速激光打印和长波通讯等方向有着很好的应用前景。调节VCSEL顶部和底部反射层的结构可以很容易地实现单纵模条件,然而要实现横向单模输出,就要同时对出射光加以横向限制。在VCSEL的顶部反射层刻蚀出二维光子晶体结构构成的光子晶体VCSEL实现了稳定的单横模激光输出。介绍了光子晶体VCSEL的基本结构、工作原理、研究进展和应用领域,并探讨了如何使光子晶体VCSEL获得更高的出光功率、控制激光偏振特性和减小发散角等问题。最后评述了光子晶体VCSEL的国内研究现状,并对未来的研究做了展望。     

半导体光子晶体激光器的研究进展

半导体光子晶体激光器已成为当今世界范围内的一个研究热点.简述了光子晶体的物理特性对优化半导体激光器的贡献,介绍了几种类型光子晶体激光器,详细阐述了器件的工作原理,并展望了光子晶体激光器的潜在应用前景.     

光电子技术的又一重大发展——光子晶体及其应用

光子晶体就是指具有周期性结构的材料,其周期尺度为光波长的数量级。这种光子晶体具有“光半导体”功能,其应用前景无限广阔,有可能成为一个巨大的产业。     

国外信息

国外信息检验光掩模的共焦激光芯片的多步骤光刻工艺过程需密切加以监测，以提高生产的经济效益。其中最重要的是光掩模的质量，因为有毛病的光掩模将在发现它的缺陷之前导致生产出许多不合格的半导体晶片．采用共焦显微技术直接测量光掩模特征，用紫外或蓝色光激光器作光...