InP基半導(dǎo)體激光器具有光纖傳輸損耗小、受外界環(huán)境干擾小、對(duì)人眼安全等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于光纖通信、數(shù)據(jù)中心、5G網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信、激光雷達(dá)等領(lǐng)域。近期，蘇州納米所納米加工平臺(tái)基于在InP材料外延、器件設(shè)計(jì)、器件制備等方面的積累在InP基半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。

進(jìn)展1：低閾值高功率單模激光器

DFB激光器因其窄線寬、高邊模抑制比和低相位噪聲優(yōu)勢(shì)已成為光纖通信、數(shù)據(jù)中心光交換、5G網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)的核心激光源，降低閾值對(duì)提升能效和集成度至關(guān)重要。采用非對(duì)稱耦合的光柵結(jié)構(gòu)，通過(guò)打破鏡像對(duì)稱性使奇偶模式發(fā)生耦合，形成四階帶邊簡(jiǎn)并態(tài)以增強(qiáng)局域光子態(tài)密度，從而有效降低了閾值電流。所制備器件實(shí)現(xiàn)了1550 nm波段穩(wěn)定的單縱模輸出，閾值電流密度由2.41 kA/cm²降至1.88 kA/cm²（降低22%），同時(shí)保持90 mW以上的高功率輸出。

相關(guān)成果以Degenerate band edge laser with enhanced local density of optical states for threshold reduction為題發(fā)表于Optics Express上，博士研究生郭譽(yù)鈞為第一作者，孫天玉、鄒永剛為論文通訊作者。

圖1. 帶邊兼并激光器(a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)LIV特性；(c)電場(chǎng)分布；(d)光局域態(tài)密度

進(jìn)展2：超寬譜被動(dòng)鎖模激光器

半導(dǎo)體被動(dòng)鎖模激光器是微波光子學(xué)、模數(shù)轉(zhuǎn)換、光通信、激光雷達(dá)、光計(jì)算等系統(tǒng)的核心訴求，其光譜帶寬直接決定了脈沖寬度、可支持的傳輸容量與調(diào)制自由度。通過(guò)設(shè)計(jì)組分漸變的多量子阱材料體系，使增益譜頂部顯著展寬且保持平坦，結(jié)合兩段式腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了-3dB帶寬超20nm、-10dB帶寬超35nm的被動(dòng)鎖模激光輸出。迄今為止，這兩項(xiàng)帶寬指標(biāo)均為通信波段電泵浦注入被動(dòng)鎖模激光器的最大值。另外，本器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、鎖模狀態(tài)穩(wěn)定，具有良好的重復(fù)性和工藝兼容性，易于大規(guī)模制備。

研究結(jié)果以Beyond 20 nm frequency comb generation through a two-section quantum well passively mode-locked semiconductor laser為題發(fā)表在Optics Letters上。博士研究生秦畢晟為第一作者，孫天玉、張瑞英為通訊作者。

圖2.  (a)兩段式被動(dòng)鎖模激光器光學(xué)顯微圖；(b)器件截面SEM圖；(c)出射光譜圖

進(jìn)展3：InP基高效率可集成激光源

InP基單片光子集成可充分發(fā)揮InP材料的有源和高頻性能而受到相干通信光收發(fā)、衛(wèi)星通信載荷、射頻前端等領(lǐng)域的追捧。然而現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器工藝是通過(guò)解離形成的腔面對(duì)受激輻射進(jìn)行震蕩放大。為滿足InP基光子集成芯片的片上激光源需求，采用多深度刻蝕工藝一次完成波導(dǎo)與端面的制備，結(jié)合SiO₂鈍化層與Au高反射膜，實(shí)現(xiàn)后端面大于97%前端面低于9%的反射率，在CW狀態(tài)下獲得與傳統(tǒng)工藝相當(dāng)?shù)墓β瘦敵觥?/p>

相關(guān)研究成果以Continuous-wave operation of InP laser with etched facet mirrors for photonic integrated circuits為題發(fā)表于 IEEE Photonics Technology Letters上。邢政為第一作者，孫天玉、張寶順為通訊作者。

圖3.  (a)干法刻蝕端面激光器結(jié)構(gòu)示意圖；(b)AR端面SEM圖；(c)HR端面SEM圖；(d)刻蝕端面激光器與自然解理激光器性能對(duì)比

上述工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目支持。