回音壁模式量子点半导体微腔激光器

利用量子点激光器的低阈值和高的温度稳定，以及微腔的高Q值和小模式体积的特性，本项目研究量子点为有源区的带输出波导的微腔结构，制备可用于集成光学的微纳光源。研究内容包括量子点浸润层、激发态和基态载流子弛豫过程对微腔激光器输出特性和动态特性的影响，量子点内各能级载流子与模式光场的相互作用，以及量子点辐射和非辐射复合对阈值特征温度的影响；对微腔的模式特性进行分析，实现微腔结构的优化设计；同时在实验上改进微腔制备工艺，制备出有望用于数据通讯的量子点微腔激光器。这一项目的难点和关键问题是解决量子点模式增益不高的问题。该项目的成功实施，将对量子点中载流子弛豫过程，微腔内光场控制和载流子限制增强有一个比较全面的认识，为下一代光子集成芯片提供一种可实现低阈值、高温度稳定的光源解决方案。

量子点半导体微腔激光器作为一种新型光子学器件在集成光子学回路、光信息处理、光互连等方面具有重要应用价值。本项目针对量子点具有小的线宽增强因子，低阈值电流密度等优点，结合定向输出微腔激光器开展了深入研究工作。实现了室温电注入工作1.5μm波长范围的量子点微腔激光器；提出一种测量半导体激光器线宽增强因子修正方法，获得了整个增益谱范围的量子点激光器线宽增强因子；对比了量子点基态跃迁和激发态跃迁引起的激光器线宽增强因子的区别。通过实验测得的量子点激光器增益谱和Kramers-Kronig变换得到的量子点芯层折射率变化，进而计算出线宽增强因子。并由此发现激发态跃迁引起的线宽增强因子小于由基态跃迁引起的线宽增强因子。这一结果说明应用量子点激发态激射更有利于高速光通信；实验制备了亚波长和亚微米尺寸的圆柱形微腔激光器，获得光泵浦激射，为研制更小尺寸微腔激光器奠定了基础。项目研究期间，发表SCI论文13篇，授权发明专利1项。