，InP, SiNx和BCB折射率分別為3.2、2、1.54。兩橫模波長間距隨著正方形邊長增加而減小，當(dāng)邊長從10 μ m增加至30 μ m時，模式間距從1.86nm減小至0.27nm，對應(yīng)微波頻率從238GHz降低至34GHz。由于在正方形微腔12中高Q模式在角區(qū)分布弱，因此在頂點處輸出波導(dǎo)13的引入以及其寬度對基模、一階橫模波長間距影響較小，尤其是對于較大尺寸的正方形腔，波導(dǎo)對模式間距的影響可忽略。
[0023]圖3是基橫模、一階橫模波長以及二者間距Δ λ與方環(huán)形電注入窗口區(qū)域、非注入窗口區(qū)域折射率差Δ η的關(guān)系。其中正方形微腔12邊長30 μ m，輸出波導(dǎo)13寬度2.5 μ m，方環(huán)形電注入窗口 14寬度4μπι。在注入電流下電注入窗口區(qū)域載流子濃度較大，溫度也較高，載流子濃度差、溫度差都會對折射率產(chǎn)生影響。假設(shè)非注入窗口區(qū)域折射率為η = 3.2，電注入窗口區(qū)域折射率為η+ Δ η。兩橫模波長間距隨著Δ η增加而增加，其中一階橫模模式波長比基橫模短。當(dāng)Δη從-0.004增加至0.004時，模式間距從0.04nm增家至1.10nm，對應(yīng)微波頻率從5GHz增加至137GHz。不同注入電流下，兩區(qū)域載流子濃度差、溫度差不同，折射率差Λη也不同，可以通過調(diào)節(jié)注入電流實現(xiàn)基橫模和一階橫模波長間距的可調(diào)。
[0024]圖4是給出了本發(fā)明一種基于雙模正方形微腔激光器的可調(diào)諧光頻梳的實例中，邊長30 μπκ電注入窗口寬度4 μπκ輸出波導(dǎo)寬度2.5 μπι的雙模正方形微腔激光器的功率-電流、電壓-電流曲線。該曲線表明器件實現(xiàn)了室溫連續(xù)電注入激射。
[0025]圖5是給出了本發(fā)明提供的實例中雙模正方形微腔激光器在注入電流為90mA時的光譜圖，插圖為其精細(xì)光譜圖。雙模強度差小于ldB，波長間距Λ λ為0.26nm，對應(yīng)微波頻率為30GHz，實現(xiàn)了良好的雙橫模工作，并同時在雙模兩側(cè)觀測到由四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生的邊帶。
[0026]圖6是給出了本發(fā)明提供的實例中雙模正方形微腔激光器雙模間距Λ λ、雙模強度比與注入電流I變化關(guān)系曲線。當(dāng)電流從88mA增加至IlOmA時，實現(xiàn)了雙橫模激射，并且雙模間距從0.25nm增加至0.41nm，對應(yīng)微波頻率約從30GHz增加至50GHz。此結(jié)果證明了該實例可以通過調(diào)節(jié)注入電流實現(xiàn)雙橫模正方形微腔激光器模式間距的可調(diào)諧。
[0027]圖7是給出了本發(fā)明提供的實例中雙模正方形微腔激光器輸出光經(jīng)高速光電探測器產(chǎn)生微波信號的頻譜，其中注入電流為90、95、100、105mA，微波頻率分別30.56、32.70,35.12,39.5GHz，頻率穩(wěn)定性好，3_dB線寬約為40MHz。此結(jié)果證明該實例中雙模正方形微腔激光器可以產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的可調(diào)諧微波信號。
[0028]圖8是以本發(fā)明提供的實例基于雙模正方形微腔激光器的可調(diào)諧光頻梳的光譜圖，其中梳齒間隔為71GHz。此結(jié)果證明該實例中雙模正方形微腔激光器I的輸出光經(jīng)光纖放大器2放大后，利用高非線性光纖3中級聯(lián)四波混頻效應(yīng)展寬獲得頻率間隔穩(wěn)定的光頻梳。
[0029]提供的實例結(jié)果證明，圖1中的雙模正方形微腔激光器I可以實現(xiàn)穩(wěn)定的雙橫模激射，特殊的電注入窗口使得可通過調(diào)節(jié)注入電流大小實現(xiàn)雙模間距的可調(diào)諧，兩個模式拍頻可產(chǎn)生頻率穩(wěn)定、線寬較窄的可調(diào)諧微波信號；并且以該激光器輸出光為種子源，經(jīng)光纖放大器2放大后利用高非線性光纖3中級聯(lián)四波混頻效應(yīng)展寬可獲得可調(diào)諧光頻梳。該實例結(jié)果驗證了圖1所示的基于雙模正方形微腔激光器的可調(diào)諧光頻梳的可行性。
[0030]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于雙模正方形微腔激光器的可調(diào)諧光頻梳，包括: 雙模正方形微腔激光器(I)，用于產(chǎn)生間距可調(diào)的雙模激射； 光纖放大器(2)，其輸入端與雙模正方形微腔激光器(I)輸出端相連，用于將光信號放大； 高非線性光纖(3)，與光纖放大器(2)輸出端相連，利用其級聯(lián)四波混頻效應(yīng)展寬獲得可調(diào)諧光頻梳，其特征在于: 所述的雙模正方形微腔激光器(I)包括: 襯底(11); 正方形微腔(12); 輸出波導(dǎo)(13)，與正方形微腔(12)直接相連或者通過消逝波側(cè)向耦合輸出光； 電注入窗口(14)，形成于正方形微腔(12)頂部，非注入?yún)^(qū)域由介質(zhì)層(15)覆蓋，其中電注入窗口(14)的形狀被設(shè)置為從該電注入窗口(14)注入電流會產(chǎn)生不均勻的載流子分布或者溫度分布； P型和η型電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙模正方形微腔激光器的可調(diào)諧光頻梳，其中雙模正方形微腔激光器(I)的正方形微腔(12)和輸出波導(dǎo)(13)都包括:下限制層(121)、有源層(122)和上限制層(123)，下限制層(121)和上限制層(123)的材料為InP、AlAs、AlGaN或GaN，有源層(122)材料為InGaAs、InGaAsP或AlGaInAs ;下限制層(121)生長或者鍵合在襯底(11)上，有源層(122)生長在下限制層(121)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙模正方形微腔激光器的可調(diào)諧光頻梳，其中所述介質(zhì)層(15)的材料是二氧化硅或者氮化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙模正方形微腔激光器的可調(diào)諧光頻梳，其中所述襯底(11)的材料是IV族半導(dǎo)體材料及其化合物、II1-V、I1-VI,IV-VI族化合物、有機(jī)半導(dǎo)體材料或藍(lán)寶石。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙模正方形微腔激光器的可調(diào)諧光頻梳，其中所述正方形微腔(12)邊長a介于5100μπι之間，輸出波導(dǎo)(13)寬度wg介于Oa/5之間，可通過改變正方形微腔(12)邊長來改變雙模間距，從而控制雙模工作范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙模正方形微腔激光器的可調(diào)諧光頻梳，其中所述電注入窗口(14)為方環(huán)形或者圓環(huán)形，也可以用該類形狀的電極替代。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙模正方形微腔激光器的可調(diào)諧光頻梳，其中所述雙模正方形微腔激光器(I)的輸出光在進(jìn)入高非線性光纖(3)之前，經(jīng)過一級或者多級光纖放大器(2)放大光功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙模正方形微腔激光器的可調(diào)諧光頻梳，其中所述雙模正方形微腔激光器(I)的輸出光在進(jìn)入高非線性光纖(3)之前，采用光濾波器濾去其它模式及噪聲。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項所述的基于雙模正方形微腔激光器的可調(diào)諧光頻梳，其中所述雙模正方形微腔激光器(I)是用于產(chǎn)生可調(diào)諧微波信號。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雙模正方形微腔激光器的可調(diào)諧光頻梳，包括：雙模正方形微腔激光器，用于產(chǎn)生間距可調(diào)的雙模激射；光纖放大器，用于將光信號放大；高非線性光纖，利用其級聯(lián)四波混頻效應(yīng)展寬獲得光頻梳。其中雙模正方形微腔激光器包括：襯底；正方形微腔；輸出波導(dǎo)；電注入窗口，形成于正方形微腔頂部，非注入?yún)^(qū)域由介質(zhì)層覆蓋；p型和n型電極。本發(fā)明提供了一種間距可調(diào)的雙模激光器實現(xiàn)方案，結(jié)構(gòu)簡單，基于該激光器利用高非線性光纖內(nèi)級聯(lián)四波混頻效應(yīng)展寬獲得頻率間隔穩(wěn)定的可調(diào)諧光頻梳。
【IPC分類】G02F1-35, G02F1-365
【公開號】CN104765217
【申請?zhí)枴緾N201510166090
【發(fā)明人】龍衡, 黃永箴, 馬秀雯, 鄒靈秀, 肖金龍, 楊躍德
【申請人】中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月9日