超低发散角倾斜光束单纵模人工微结构激光器研究

The low-cost stable-wavelength single longitudinal mode lasers are widely used in the areas of optical communications, pump, medical, gas detection, optical fiber sensing and photonic integration. To avoid complex grating preparation techniques and secondary epitaxial growth technology in conventional single-mode DFB lasers and DBR lasers, we present an on-chip microstructure light source with high coupling efficiency coupling. Through introducing artificial microstructures into the traditional semiconductor laser, an ultra-low divergence angle single longitudinal mode laser with tilt beam can be realized. Microstructure can be used to longitudinal mode selection, controlling divergence angle and beam direction. This project explores research of new single-longitudinal-mode artificial micro-structure laser. Based on new mode controling mechanism ,the related theoretical simulation, structural design and fabrication will be executed. Ultra-low divergence angle beam single longitudinal vertical divergence angle reaches less than 2 degrees, which is suitable for future photonic integrated.

低成本波长稳定的单纵模激光器广泛应用于光通信、泵浦、医疗、气体检测、光纤传感及光子集成等领域。针对传统单模DFB激光器、DBR激光器复杂光栅制备技术和二次外延生长技术以及片上光互连光源与Si基光栅高效耦合等问题，创新性提出一种超低发散角倾斜光束单纵模人工微结构激光器，在传统半导体激光器脊型波导上引入人工微结构进行纵模选择；同时利用人工微结构对光场调控机制形成斜向衬底的倾斜光束，实现超低垂直发散角; 该激光器只需一次外延和普通光刻技术即可实现超低发散角单模工作，制备工艺简单、低成本。本项目探索研究新型单纵模人工微结构激光器选模机理和光场调控机理，开展相关理论仿真、结构设计和工艺制备等，研制出垂直发散角<2度的超低发散角倾斜光束单纵模人工微结构激光器,适于未来光子集成。

低成本波长稳定的单纵模激光器广泛应用于光通信、泵浦、医疗、气体检测、光纤传感及光子集成等领域。针对传统单模DFB激光器、DBR激光器复杂光栅制备技术和二次外延生长技术以及片上光互连光源与Si基光栅高效耦合等问题，提出并制作了超低发散角倾斜光束单纵模人工微结构激光器，该激光器在常规半导体激光器的脊型波导上引入人工微结构进行模式选择；同时在利用人工微结构对光的散射和衍射作用形成斜向衬底的倾斜光束，增大模场面积，实现超低垂直发散角单模输出，该激光器只需一次外延和普通光刻技术即可实现单模工作，免去DFB 激光器或DBR 激光器复杂光栅制备技术和二次外延技术，制备工艺简单。探索研究新型单纵模人工微结构激光器选模机理和光场调控机理，重点突破理论仿真、结构设计和工艺制备等，实现连续输出功率3.３mW，发射波长1549nm，边模抑制比45dB，垂直发散角仅1.7o，光束倾斜角偏离中心位置54.5 o与理论模拟结果基本吻合，为未来硅光子光源研制和集成提供新方案。提出并制作了超低发散角倾斜腔单纵模人工微结构激光器，该结构利用了倾斜腔对高阶侧模滤除作用，实现水平发散角1.8°；同时在有源倾斜腔结构中加入一维人工微结构实现对单纵模选择，单模输出功率180mW，边模抑制比20dB。该结构为实现超低发散角单纵模激光器提供一种新方法。发表SCI文章4篇，申请专利4项，其中授权专利1项，培养研究生2名。