单模半导体纳米线激光器
发布时间：2021-01-29 07:46
随着通信行业的快速扩张以及光互联、片上实验室等技术的发展,人们对激光器等器件集成化、小型化的需求日益增长。半导体纳米线激光器由于其独特的一维结构与灵活的带隙调控性能等特点,在微纳激光器领域受到广泛研究。实现单模输出的半导体纳米线激光器,对光互联、传感、光谱学以及干涉测量等领域具有重要意义。综述了单模半导体纳米线激光器的基本技术与研究进展。介绍了半导体纳米线激光器的常用材料,并利用圆介质波导模型分析了其基本模式特性,详细阐述了半导体纳米线实现单模激光输出的主要方法以及发展现状,并对各方案面临的挑战进行了总结。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(07)北大核心
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
半导体纳米线折射率剖面示意图
之前对横模的描述主要是基于无反射或者无限长介质波导进行分析的。而在有限长度的纳米线谐振腔中,根据谐振条件,对于每一种横模,都将存在一组离散频率的纵模。与主要描述空间特性的横模不同,纵模主要描述的是模式的频率特性,包括相邻模式间的频率间隔(自由光谱范围,FSR)和每个纵模谱线的精细程度(固有线宽)。前者主要由介质材料群折射率ng以及腔长L决定,即ΔνFSR=c/(2ngL),c为光速;后者则取决于激光腔Q值(腔内存储的能量除以每个周期的能量损耗),Q值越高,纵模线宽越窄,并且阈值也越低。对于F-P腔,由于其端面较低的反射率,腔的Q值一般仅有几十,采用环形腔[50,58]或光子晶体腔[43]可以有效地避免端面损耗的问题,将Q值提升到1000以上。3 单模激光器的实现方法
表1 单模半导体纳米线激光器Table 1 Single-mode semiconductor nanowire lasers Single-modestrategy Material Cavity length/μm Threshold Wavelength/nm Linewidth/nm SMSR/dB Short cavity[61] GaN 4.7 231 kW·cm-2 371 0.12 18 Short cavity[62] (Al)GaAs 6 207 μJ·cm-2 883 1.8 - Short cavity[51] (Al)GaAs 4--6 90 nJ@868.62 nm 852--882 1.8@868.62 nm - Short cavity[46] CdSSe 14 ～10 kW·cm-2 650 - 14 Short cavity[63] CdSe 5 18 μJ·cm-2 712 0.18 - Short cavity[70] InGaAs/InGaP ～3.5 100 μJ·cm-2 1100 1.9 - Short cavity[71] InGaAs/InGaP ～3.2 95 μJ·cm-2@1320 nm 1150--1470 2.8 13@1320 nm Coupled cavity[26] CdSe Total length: 75 34.4 μJ·cm-2 738 0.10 11.3 Coupled cavity[65] CdSe 89 (cavity 1)80 (cavity 2) 120 μJ·cm-2 734 0.11 11.6 Coupled cavity[54] GaN 7.6 (cavity 1)8.0 (cavity 1) 874 kW·cm-2 370 0.14 15.6 Coupled cavity[24] GaN 3.86 (cavity 1)5.14 (cavity 2) - 368 0.6 - Coupled Cavity[66] GaAsSb 10 6 kW·cm-2(75 μJ·cm-2)@950 nm 890--990 0.76@950 nm - DFB[67] GaN 5 ～300 kW·cm-2 369 - 17 Pump point[68] GaN 34.2 40 kW·cm-2 375 - - DBR/pump point[69] GaN 45 ～8000 kW·cm-2@370 nm 369375 0.50.8 8.5@370 nm Mode-dependent loss[53] GaN 5.3 276 kW·cm-2 369 0.12 17.4然而,单纯地缩短腔长往往会由于增益长度减少而引入其他问题。对于长度为d的纳米线谐振腔而言,其腔内总损耗系数可表示为
【参考文献】：
期刊论文
[1]Advances in narrow linewidth diode lasers[J]. Xingkai LANG,Peng JIA,Yongyi CHEN,Li QIN,Lei LIANG,Chao CHEN,Yubing WANG,Xiaonan SHAN,Yongqiang NING,Lijun WANG. Science China（Information Sciences）. 2019(06)
[2]表面等离子激元纳米激光器综述[J]. 杨琳,段智勇,马刘红,李梦珂. 激光与光电子学进展. 2019(20)
[3]Ar等离子体处理对GaAs纳米线发光特性的影响[J]. 高美,李浩林,王登魁,王新伟,方铉,房丹,唐吉龙,王晓华,魏志鹏. 中国激光. 2019(02)
[4]ZnO纳米线表面改性及其光学性质[J]. 胡颖,李浩林,王登魁,贾慧民,魏志鹏,王晓华,方铉,房丹,王新伟. 中国激光. 2018(10)
[5]通信波长下混合表面等离子体纳米激光器的研究[J]. 王志斌,董伟. 中国激光. 2018(04)
[6]半导体纳米线和氧化硅微光纤环型结复合结构激光器[J]. 杨青,丁晔,戴威,姜校顺,郭欣,童利民. 激光与光电子学进展. 2010(03)
本文编号：3006542
【文章来源】：中国激光. 2020,47(07)北大核心
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
半导体纳米线折射率剖面示意图
之前对横模的描述主要是基于无反射或者无限长介质波导进行分析的。而在有限长度的纳米线谐振腔中,根据谐振条件,对于每一种横模,都将存在一组离散频率的纵模。与主要描述空间特性的横模不同,纵模主要描述的是模式的频率特性,包括相邻模式间的频率间隔(自由光谱范围,FSR)和每个纵模谱线的精细程度(固有线宽)。前者主要由介质材料群折射率ng以及腔长L决定,即ΔνFSR=c/(2ngL),c为光速;后者则取决于激光腔Q值(腔内存储的能量除以每个周期的能量损耗),Q值越高,纵模线宽越窄,并且阈值也越低。对于F-P腔,由于其端面较低的反射率,腔的Q值一般仅有几十,采用环形腔[50,58]或光子晶体腔[43]可以有效地避免端面损耗的问题,将Q值提升到1000以上。3 单模激光器的实现方法
表1 单模半导体纳米线激光器Table 1 Single-mode semiconductor nanowire lasers Single-modestrategy Material Cavity length/μm Threshold Wavelength/nm Linewidth/nm SMSR/dB Short cavity[61] GaN 4.7 231 kW·cm-2 371 0.12 18 Short cavity[62] (Al)GaAs 6 207 μJ·cm-2 883 1.8 - Short cavity[51] (Al)GaAs 4--6 90 nJ@868.62 nm 852--882 1.8@868.62 nm - Short cavity[46] CdSSe 14 ～10 kW·cm-2 650 - 14 Short cavity[63] CdSe 5 18 μJ·cm-2 712 0.18 - Short cavity[70] InGaAs/InGaP ～3.5 100 μJ·cm-2 1100 1.9 - Short cavity[71] InGaAs/InGaP ～3.2 95 μJ·cm-2@1320 nm 1150--1470 2.8 13@1320 nm Coupled cavity[26] CdSe Total length: 75 34.4 μJ·cm-2 738 0.10 11.3 Coupled cavity[65] CdSe 89 (cavity 1)80 (cavity 2) 120 μJ·cm-2 734 0.11 11.6 Coupled cavity[54] GaN 7.6 (cavity 1)8.0 (cavity 1) 874 kW·cm-2 370 0.14 15.6 Coupled cavity[24] GaN 3.86 (cavity 1)5.14 (cavity 2) - 368 0.6 - Coupled Cavity[66] GaAsSb 10 6 kW·cm-2(75 μJ·cm-2)@950 nm 890--990 0.76@950 nm - DFB[67] GaN 5 ～300 kW·cm-2 369 - 17 Pump point[68] GaN 34.2 40 kW·cm-2 375 - - DBR/pump point[69] GaN 45 ～8000 kW·cm-2@370 nm 369375 0.50.8 8.5@370 nm Mode-dependent loss[53] GaN 5.3 276 kW·cm-2 369 0.12 17.4然而,单纯地缩短腔长往往会由于增益长度减少而引入其他问题。对于长度为d的纳米线谐振腔而言,其腔内总损耗系数可表示为
【参考文献】：
期刊论文
[1]Advances in narrow linewidth diode lasers[J]. Xingkai LANG,Peng JIA,Yongyi CHEN,Li QIN,Lei LIANG,Chao CHEN,Yubing WANG,Xiaonan SHAN,Yongqiang NING,Lijun WANG. Science China（Information Sciences）. 2019(06)
[2]表面等离子激元纳米激光器综述[J]. 杨琳,段智勇,马刘红,李梦珂. 激光与光电子学进展. 2019(20)
[3]Ar等离子体处理对GaAs纳米线发光特性的影响[J]. 高美,李浩林,王登魁,王新伟,方铉,房丹,唐吉龙,王晓华,魏志鹏. 中国激光. 2019(02)
[4]ZnO纳米线表面改性及其光学性质[J]. 胡颖,李浩林,王登魁,贾慧民,魏志鹏,王晓华,方铉,房丹,王新伟. 中国激光. 2018(10)
[5]通信波长下混合表面等离子体纳米激光器的研究[J]. 王志斌,董伟. 中国激光. 2018(04)
[6]半导体纳米线和氧化硅微光纤环型结复合结构激光器[J]. 杨青,丁晔,戴威,姜校顺,郭欣,童利民. 激光与光电子学进展. 2010(03)
本文编号：3006542
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