蘇州納米所納米加工平臺(tái)在InP基半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域取得新進(jìn)展
InP基半導(dǎo)體激光器具有光纖傳輸損耗小、受外界環(huán)境干擾小、對人眼安全等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于光纖通信、數(shù)據(jù)中心、5G網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信、激光雷達(dá)等領(lǐng)域。近期,蘇州納米所納米加工平臺(tái)基于在InP材料外延、器件設(shè)計(jì)、器件制備等方面的積累在InP基半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。
進(jìn)展1:低閾值高功率單模激光器
DFB激光器因其窄線寬、高邊模抑制比和低相位噪聲優(yōu)勢已成為光纖通信、數(shù)據(jù)中心光交換、5G網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)的核心激光源,降低閾值對提升能效和集成度至關(guān)重要。采用非對稱耦合的光柵結(jié)構(gòu),通過打破鏡像對稱性使奇偶模式發(fā)生耦合,形成四階帶邊簡并態(tài)以增強(qiáng)局域光子態(tài)密度,從而有效降低了閾值電流。所制備器件實(shí)現(xiàn)了1550 nm波段穩(wěn)定的單縱模輸出,閾值電流密度由2.41 kA/cm2降至1.88 kA/cm2(降低22%),同時(shí)保持90 mW以上的高功率輸出。
相關(guān)成果以Degenerate band edge laser with enhanced local density of optical states for threshold reduction為題發(fā)表于Optics Express上,博士研究生郭譽(yù)鈞為第一作者,孫天玉、鄒永剛為論文通訊作者。

圖1. 帶邊兼并激光器(a)結(jié)構(gòu)示意圖;(b)LIV特性;(c)電場分布;(d)光局域態(tài)密度
進(jìn)展2:超寬譜被動(dòng)鎖模激光器
半導(dǎo)體被動(dòng)鎖模激光器是微波光子學(xué)、模數(shù)轉(zhuǎn)換、光通信、激光雷達(dá)、光計(jì)算等系統(tǒng)的核心訴求,其光譜帶寬直接決定了脈沖寬度、可支持的傳輸容量與調(diào)制自由度。通過設(shè)計(jì)組分漸變的多量子阱材料體系,使增益譜頂部顯著展寬且保持平坦,結(jié)合兩段式腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了-3dB帶寬超20nm、-10dB帶寬超35nm的被動(dòng)鎖模激光輸出。迄今為止,這兩項(xiàng)帶寬指標(biāo)均為通信波段電泵浦注入被動(dòng)鎖模激光器的最大值。另外,本器件結(jié)構(gòu)簡單、鎖模狀態(tài)穩(wěn)定,具有良好的重復(fù)性和工藝兼容性,易于大規(guī)模制備。
研究結(jié)果以Beyond 20 nm frequency comb generation through a two-section quantum well passively mode-locked semiconductor laser為題發(fā)表在Optics Letters上。博士研究生秦畢晟為第一作者,孫天玉、張瑞英為通訊作者。

圖2. (a)兩段式被動(dòng)鎖模激光器光學(xué)顯微圖;(b)器件截面SEM圖;(c)出射光譜圖
進(jìn)展3:InP基高效率可集成激光源
InP基單片光子集成可充分發(fā)揮InP材料的有源和高頻性能而受到相干通信光收發(fā)、衛(wèi)星通信載荷、射頻前端等領(lǐng)域的追捧。然而現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器工藝是通過解離形成的腔面對受激輻射進(jìn)行震蕩放大。為滿足InP基光子集成芯片的片上激光源需求,采用多深度刻蝕工藝一次完成波導(dǎo)與端面的制備,結(jié)合SiO?鈍化層與Au高反射膜,實(shí)現(xiàn)后端面大于97%前端面低于9%的反射率,在CW狀態(tài)下獲得與傳統(tǒng)工藝相當(dāng)?shù)墓β瘦敵觥?/span>
相關(guān)研究成果以Continuous-wave operation of InP laser with etched facet mirrors for photonic integrated circuits為題發(fā)表于 IEEE Photonics Technology Letters上。邢政為第一作者,孫天玉、張寶順為通訊作者。

圖3. (a)干法刻蝕端面激光器結(jié)構(gòu)示意圖;(b)AR端面SEM圖;(c)HR端面SEM圖;(d)刻蝕端面激光器與自然解理激光器性能對比
上述工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目支持。
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