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中科院:微腔激光器应用再拓新领域

发布时间:2020-04-08 14:38:44 编辑:笔名

微腔是当今信息光子学研究领域最为活跃的研究方向之一。研究低功耗小体积的微腔器及微光探测器,不仅符合绿色信息网络发展的需要,而光互连的应用对信息技术发展更为重要。由中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点联合实验室主任黄永箴研究员带领的研究团队,采用普通接触光刻、介质淀积以及干法刻蚀技术,率先研制出多边形和圆形定向输出微腔激光器后,利用键合技术又实现了III-V材料和硅基光波导的集成,研制出Si基混合集成的多波长微腔激光器阵列向应用迈进。

激光器的基本要素光学谐振腔提供光反馈以实现腔中光波的相干叠加,当增益与损耗相抵消时就能实现谐振模式的自激振荡。由于微腔激光器具有低阈值和高速调制等特点,而且在微纳尺度的谐振腔中激光模式与腔内发光物质的耦合可能产生一系列腔量子电动力学(QED)效应。这种激光器比传统的半导体激光器适于做光子集成芯片的光源,在光集成、光互连、光神经网络,以及光通讯等方面具有广泛的应用前景。黄永箴研究员带领的研究团队在国家自然科学基金、国家重大基础科学研究和国家86 计划项目持续支持下,系统研究了定向输出的多边形和圆形谐振腔激光器,研制出多种单向输出的微腔激光器及多波长激光器列阵。提出利用模式耦合现象,实现高品质因子的耦合模式微腔激光器单向输出,大大降低了所要求的工艺难度。虽然直观认为模式光线将在绕圆形谐振腔一周内到达没有限制的输出波导端口,降低了模式寿命,不易激射。但实际上输出波导引入的非对称性会造成模式耦合,改变了模式场分布,因而仍能具有高的模式品质因子有利于低阈值激射并实现定向输出。

针对微腔激光器在光互连和光子集成等信息光电领域的应用,研究团队分析了微腔激光器的吸收损耗及模式品质因子对高速调制特性的影响,通过优化模式品质因子,目前已研制出小信号调制带宽达20GHz的微腔半导体激光器;并将研究单模高速调制微腔激光器与光放大器的集成,以实现高速单模大功率激光器及其应用。


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