基于光栅平面相位调控反馈机理的芯片化电泵浦垂直外腔面发射半导体激光器模式控制研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:11674314
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:69.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A2208.光学材料与器件物理
- 结题年份:2020
- 批准年份:2016
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2017-01-01 至2020-12-31
- 项目参与者:陈超; 梁雪梅; 张艳; 耿明光; 刘莹莹; 王直圆; 刘昱峰;
- 关键词:
项目摘要
The Chip-Scale Electrically-Pumped Vertical External Cavity Surface Emitting Lasers (VECSEL) has showed immense potential as light sources in the applications of chip-scale optical interconnection, precise medical imaging and chip-scale atomic sensor, due to their advantages of narrow linewidth, high output power and excellent beam quality. However, the traditional cold-cavity model of VECSEL couldn’t realize the precise analysis of the mode destabilization within the active region. Except for this, the control of the output optical mode and the pattern of optical feedback field couldn’t be realized stably. And these deficiencies lead to the poor stability of the optical field mode and its polarization, restricting the application field of EP-VECSEL seriously. .Based on the interaction between the carrier and optical field, the mechanism of mode control within the chip-scale EP-VECSEL would be proposed. And the way to control the optical-field mode would be defined. The mechanism of the phase modulation of planar grating would also be investigated simultaneously. The structure of planar-focusing grating would be proposed, and the distribution of its feedback optical field along the active region would be controlled precisely. The stable control of the polarization of output optical field would also be realized. The output power of more than 3mW for the EP-VECSEL with the single-mode operation was expected. And more than 25dB OPSR (Orthogonal Polarization Suppression Ratio) would be also gained.
电泵浦垂直外腔面发射半导体激光器(EP-VECSEL)具有窄线宽、高功率及优越的光束质量等优点,其单芯片化制备是现阶段新型芯片光互联、精准医疗成像及芯片级原子导航系统的关键核心技术。但现阶段VECSEL的外腔冷腔模型无法准确分析芯片化器件发光区的模式扰动效应,同时现有的集成微纳结构对反馈光场形貌及模式控制效果不理想,导致器件输出光的模式及偏振稳定性差,严重限制了其实际应用。本项目提出开展基于发光区光场及载流子相互作用机制的EP-VECSEL模式控制机理研究,通过明确EP-VECSEL的模式控制机理提出有效抑制模式扰动的方法;同时开展平面光栅相位调制机理研究,通过提出平面聚焦光栅集成化EP-VECSEL结构,实现对器件内部反馈光模式场分布形貌的精确控制以及偏振特性的稳定控制,最终实现980nm波段EP-VECSEL芯片单模输出功率大于3mW,偏振抑制比大于25dB。
结项摘要
电泵浦面发射半导体激光器(EP-VCSEL)具有窄线宽、高功率及优越的光束质量等优点,其单芯片化制备是现阶段新型芯片光互联、精准医疗成像及芯片级原子导航系统的关键核心技术。本项目拟通过通过明确电泵浦面发射激光的模式控制机理提出有效抑制模式扰动的方法,同时开展平面光栅相位调制机理研究,通过提出平面聚焦光栅集成化EP-VECSEL结构,实现对器件内部反馈光模式场分布形貌的精确控制以及偏振特性的稳定控制。建立起基于载流子-光子相互作用的有源区光电热综合模型,并用于分析面发射激光的内部多模式激射机制,证实高阶多模式激射与载流子聚集效应直接相关,通过优化载流子分布,可改善激光器模式特性;利用氧化孔尺寸与台面尺寸的相对优化,实现了有源区的载流子均匀分布。基于FDTD solutions软件,建立了表面光栅相位调制模型,对光栅的模式及偏振控制特性进行了深入分析,建立基于光栅调制的不同偏振模式阈值电流分析模型,得出不同偏振模式的阈值差异引起了偏振选择性;提出了非对称相位分布的光栅模型,理论证实该结构可以有效调控光束出射方向,出光方向调控角度超过30°。优化了光栅集成面发射激光器制备工艺,提出二次曝光制备完整光栅结构的方法,并对光栅的干法刻蚀技术进行技术优化,得到高陡直度的光栅侧壁形貌,实现表面微纳光栅的精准制备。所制备的光栅集成VCSEL激光器,激光波长980.7nm,单模功率达到3.5mW@300K,偏振抑制比26.5dB;相关研究发表论文21篇,申请发明专利5项;培养博士生3名。
项目成果
期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Stable single-mode operation of 894.6 nm VCSEL at high temperatures for Cs atomic sensing
894.6 nm VCSEL 在高温下稳定单模运行,用于铯原子传感
- DOI:10.1088/1674-1056/26/7/074209
- 发表时间:2017
- 期刊:Chinese Physics B
- 影响因子:1.7
- 作者:Xiang Lei;Zhang Xing;Zhang Jian-Wei;Ning Yong-Qiang;Hofmann Werner;Wang Li-Jun
- 通讯作者:Wang Li-Jun
VCSEL array thermal-distribution optimized by mesas rearrangement
通过台面重排优化 VCSEL 阵列热分布
- DOI:10.1016/j.ijleo.2019.04.113
- 发表时间:2019
- 期刊:Optik
- 影响因子:3.1
- 作者:Liu Yingying;Huang Youwen;Zhong Chuyu;Zhang Xing;Zhang Jianwei;Hofmann Werner;Ning Yongqiang;Wang Lijun
- 通讯作者:Wang Lijun
Improved performance of optical phased arrays assisted by transparent graphene nanoheaters and air trenches.
透明石墨烯纳米加热器和空气沟槽辅助提高光学相控阵的性能
- DOI:10.1039/c7ra13154b
- 发表时间:2018-02-19
- 期刊:RSC ADVANCES
- 影响因子:3.9
- 作者:Wang, Yubing;Liang, Lei;Chen, Yongyi;Jia, Peng;Qin, Li;Liu, Yun;Ning, Yongqiang;Wang, Lijun
- 通讯作者:Wang, Lijun
910nm 高峰值功率垂直腔面发射激光光源
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:红外与毫米波学报
- 影响因子:--
- 作者:梁雪梅;张星;张建伟;周寅利;黄佑文;宁永强;王立军
- 通讯作者:王立军
1160 nm 光泵垂直外腔面发射激光器设计及制备
- DOI:--
- 发表时间:2020
- 期刊:中国激光
- 影响因子:--
- 作者:张卓;宁永强;张建伟;张继业;曾玉刚;张俊;张星;周寅利;黄佑文;秦莉;刘云;王立军
- 通讯作者:王立军
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- 作者:张博;张建伟;郭孔辉;丁海涛;褚洪庆
- 通讯作者:褚洪庆
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