平面波導(dǎo)型石墨烯被動(dòng)鎖模激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種平面波導(dǎo)型石墨烯被動(dòng)鎖模激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著激光技術(shù)的迅速發(fā)展及其應(yīng)用要求的增加，可集成、性能穩(wěn)定的器件上實(shí)現(xiàn)高功率、高效率、高穩(wěn)定性、高光束質(zhì)量和長(zhǎng)壽命的激光器是激光領(lǐng)域發(fā)展的方向。超短脈沖激光器技術(shù)是近代科學(xué)最重要前沿之一，近幾十年來(lái)，科學(xué)家對(duì)如何獲得超短脈沖激光器已有了廣泛和深入的研宄。目前比較常用的技術(shù)是利用飽和吸收體來(lái)實(shí)現(xiàn)的被動(dòng)鎖模技術(shù)。其中，飽和吸收體附著在腔內(nèi)，當(dāng)光脈沖通過(guò)飽和吸收體時(shí)，由于光脈沖邊緣部分的損耗大于光脈沖中心波長(zhǎng)部分的損耗，使得光脈沖在通過(guò)飽和吸收體的過(guò)程中被窄化。飽和吸收體被動(dòng)鎖模的主要優(yōu)點(diǎn)就是重復(fù)頻率比較穩(wěn)定，鎖模脈沖脈寬比較窄。目前常用的飽和吸收體是半導(dǎo)體可飽和吸收鏡(SESAM)，然而SESAM具有制作工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，可飽和吸收光譜范圍相對(duì)較窄的缺點(diǎn)，并且SESAM所使用的半導(dǎo)體化合物材料熱導(dǎo)率一般都不高，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)積累大量的熱量，導(dǎo)致SESAM性能退化等不足。
[0003]石墨烯是一種蜂窩形的二維六方碳結(jié)構(gòu)材料，自從2004被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，由于其獨(dú)特的光電特性，引起了科學(xué)界的廣泛研宄。單層石墨烯對(duì)紫外到紅外光的光譜都有相對(duì)較大的吸收，并且隨著層數(shù)的增加，吸收也線性增長(zhǎng)，單層石墨烯調(diào)制深度可達(dá)66.5% (見文獻(xiàn)Qiaoliang Baoj Han Zhang, Zhenhua Ni， el at.Monolayer graphene as a saturableabsorber in a mode-locked laser, Nano Research, 20011，Vol.4)0 石墨稀材料是一個(gè)優(yōu)良的飽和吸收體，這一特性已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)(見文獻(xiàn)Qiaoliang Bao, Han Zhang, YuWang, el at.Atomic-Layer graphene as a saturable absorber for ultrafast pulsedLasers.Adv.Funct.Mater.2009, Vol.19)。另外，石墨稀的高熱導(dǎo)率有利于迅速擴(kuò)散掉沉積的熱量，這一特性使其具有較高的熱損傷閾值，可以作為高功率激光器的飽和吸收體來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖模，并長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定的鎖模運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體超短脈沖激光器主要是以GaAS或InP為襯底，由于材料特性的不一樣，不與CMOS工藝兼容，應(yīng)用受限。本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決該技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能與CMOS工藝兼容的平面波導(dǎo)型石墨烯被動(dòng)鎖模激光器。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:
平面波導(dǎo)型石墨烯被動(dòng)鎖模激光器，包括緩沖層2、下光包層3、下勢(shì)皇層4、有源層5、上勢(shì)皇層9、上光包層10和歐姆接觸層11，其特征在于，還包括具有相同中心波長(zhǎng)的第一光柵結(jié)構(gòu)6、第二光柵結(jié)構(gòu)7和石墨烯層8，所述襯底層I為[100]面偏向[110]方向4~9°的N型摻雜硅襯底；緩沖層2、下光包層3、下勢(shì)皇層4、有源層5、上勢(shì)皇層9、上光包層10和歐姆接觸層11自下而上依次制作在襯底層I上構(gòu)成半導(dǎo)體光放大器結(jié)構(gòu)；所述第一光柵結(jié)構(gòu)6和第二光柵結(jié)構(gòu)7分別制作在有源層5的兩側(cè)構(gòu)成光柵諧振腔，所述石墨烯層貼附于第一光柵結(jié)構(gòu)6的輸入端面，作為飽和吸收體。上述技術(shù)方案中，第一光柵結(jié)構(gòu)6對(duì)中心波長(zhǎng)光具有高反射性，第二光柵結(jié)構(gòu)7對(duì)中心波長(zhǎng)為部分反射，反射率根據(jù)需要選擇。
[0007]上述技術(shù)方案中，所述石墨烯層可采用單層石墨烯、多層石墨烯或經(jīng)氧化還原的石墨烯聚合物。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述緩沖層2的材料為Ge/GaAs或GaAs，緩沖層的厚度視具體需求而定。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述有源層5為多周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為1~20，其材料為InGaAs量子講、InGaAs量子點(diǎn)、InGaAsP量子講或Ga AlAs量子講。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述上勢(shì)皇層9和下勢(shì)皇層4的作用是限制載流子，滿足下述至少一項(xiàng):
所述上勢(shì)皇層9和/或下勢(shì)皇層4的材料為InGaAsP、InGaAs> AlGaAs或GaAs ； 所述上勢(shì)皇層9和/或下勢(shì)皇層4厚度為1~2 μπι。
[0011]上述技術(shù)方案中，所述上光包層10和下光包層3的作用是限制光，滿足下述至少一項(xiàng):
所述上光包層10和/或下光包層3的材料為InGaAsP或AlGaAs ；
所述上光包層10和/或下光包層3厚度為1~3 μ mo
[0012]上述技術(shù)方案中，所述歐姆接觸層11的作用是作為電極使用，滿足下述至少一項(xiàng):
所述歐姆接觸層11的材料為高摻雜的InGaP或GaAs ；
所述歐姆接觸層11厚度為0.2-0.5 μπι。
[0013]有益效果:
本發(fā)明技術(shù)方案以硅基為作為襯底層的，解決了現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體超短脈沖激光器主要是以GaAS或InP為襯底，由于材料特性的不一樣，不與CMOS工藝兼容的技術(shù)問題，便于和硅基集成；利用石墨烯的飽和吸收特性，實(shí)現(xiàn)超短脈沖激光。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的平面波導(dǎo)型的石墨烯被動(dòng)鎖模激光器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖1中:1、娃襯底層，2、緩沖層，3、下光包層，4、下勢(shì)皇層，5、有源層，6、第一光柵結(jié)構(gòu)，7、第二光柵結(jié)構(gòu)，8、石墨烯層，9、上勢(shì)皇層，10、上光包層，11、歐姆接觸層。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]本發(fā)明的平面波導(dǎo)型石墨烯被動(dòng)鎖模激光器，有源層5作為增益介質(zhì)位于一對(duì)光柵結(jié)構(gòu)中間，構(gòu)成光柵諧振腔，石墨烯作為飽和吸收體貼附于第一光柵結(jié)構(gòu)6的輸入端面，第一光柵結(jié)構(gòu)6和第二光柵結(jié)構(gòu)7具有相同中心波長(zhǎng)，第一光柵結(jié)構(gòu)6對(duì)中心波長(zhǎng)光具有高反射性，第二光柵結(jié)構(gòu)7對(duì)波導(dǎo)光柵中心波長(zhǎng)為部分反射，反射率根據(jù)需要選擇。當(dāng)歐姆接觸層11接電極工作時(shí)，在有源層5中激發(fā)產(chǎn)生光波，只有與光柵中心波長(zhǎng)一致的光波可在光柵諧振腔中形成諧振，并得到放大。當(dāng)光脈沖經(jīng)過(guò)飽和吸收體時(shí)，光柵中心波長(zhǎng)處的光強(qiáng)使石墨烯飽和，而光柵中心波長(zhǎng)的邊翼部分的光波損耗大于中心波長(zhǎng)的損耗，即可達(dá)到窄化光脈沖的目的，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的超短脈沖。此外，石墨烯對(duì)