GaN基垂直腔面发射激光器的研制

作者在我国大陆首次实现了GaN基垂直腔面发射激光器(VCSEL)的激射.首先采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上进行高质量氮化物增益区的外延生长,然后在表面沉积高反射介质膜分布布拉格反射镜(DBR).将样品键合到其它支撑片上后,采用激光剥离技术将蓝宝石村底去除.再在去除蓝宝石后露出的氮化物表面沉积第二组介质膜DBR制成VCSEL.在室温光泵条件下,观察到VCSEL的激射,激射波长449.5 nm.阈值6.5 mJ/cm2,激射峰的半高宽小于0.1 nm,这些指标达到了国际领先水平.本文为进一步研制实用化氮化物VCSEL奠定了重要的基础.     

石墨烯可调谐双频完美吸收器设计

利用石墨烯优异的可调光学特性，设计了一种由石墨烯谐振器、SiO₂介质层及金属反射层组成的可调谐双频完美吸收器，研究了石墨烯化学势、偏振角及尺寸大小对吸收器吸收性能的影响，并分析了共振频率处的电场模式，进一步解释吸收器的吸收原理.结果表明，吸收器在6.363 THz和8.987 THz处的吸收率分别为99.98%和99.99%;吸收峰位可通过改变石墨烯化学势进行有效调节，0°～80°范围内的任意偏振角下，峰值吸收率均可达90%以上；SiO₂介质层厚度对吸收器的共振峰位几乎没有影响，但对峰值吸收率有一定影响，随着厚度的逐渐增加，吸收率先升高后降低，在厚度为3.1μm附近时实现完美吸收.以上结果说明，吸收器的高吸收率主要源于电磁共振作用.     

InP/InGaAsP双异质结激光器

本文介绍了InP/InGaAsP双异质结激光器的制作及其特性。在通常的液相外延系统中用两相溶液法生长双异质结构晶片,适当的选择四元系外延层的组分及外延层的掺杂浓度,掌握Zn在外延片中的扩散规律,做好欧姆接触,结果制成了在室温下连续工作的条形激光器。室温最低脉冲阈值电流密度J_(th)=1800A/cm~2,室温直流阈值在200—300mA之间,激射波长1.35μm,主峰半宽5。     

846 nm半导体激光器线宽压窄的研究

研制了用于倍频蓝光的单模、可调谐的窄线宽光栅外腔反馈半导体激光器,它是由激光器底座、激光管组件、准直透镜组件和光栅组成.经过精密控制电流和温度,利用光栅反馈可获得激光单纵模输出,外腔的结构还使输出光的谱线宽度得以压窄.对研制的半导体激光器的特性测试表明,其输出功率稳定,阈值变小,模式单一稳定,波长可调谐,谱线宽度小于1 MHz.     

外耦合布拉格光栅5μm量子级联激光器

窄带宽的AlGaAs/GaAs布拉格光栅耦合到InP的半导体量子级联激光器从而产生稳定的激光频谱,其激光谱线宽度在1纳米左右.如果不加光栅,非稳定的自由激射的激光器的谱线宽度有30 nm左右.隔离的分布式布拉格光栅可以独立调谐几个纳米.     

大脉冲能量单层CVD石墨烯被动调Q掺镱双包层光纤激光器

基于单层化学气相沉积(CVD)石墨烯可饱和吸收体的大脉冲能量被动调Q双包层光纤激光器.采用三明治结构,将CVD法生长的单层石墨烯通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)从铜箔上转移到光纤端面,制备成PMMA/石墨烯调Q器.采用全光纤线性腔结构,掺镱双包层光纤和PMMA/单层石墨烯分别作为增益介质和被动调Q器件,大功率975nm半导体激光器作为泵浦源,大比例(95%)功率耦合输出,成功实现了中心波长为1 063.6nm大脉冲能量的稳定调Q光纤激光器.调Q脉冲序列重复频率在9.7~26.46kHz连续可调,当泵浦功率为756.1mW时,最大输出功率为46mW,最小脉宽为4.5μs,并且获得的最大单脉冲能量为1.7μJ.实验结果表明,单层CVD石墨烯性能优异,将有望在双包层光纤激光器中实现更大平均功率、单脉冲能量的激光输出.     

可调谐石墨烯光电子器件

凭借着良好的光电、力学和热学性能,石墨烯是目前凝聚态物理领域一个重要的研究热点.而且由于石墨烯的色散关系在狄拉克点附近呈现线性特性,石墨烯的光电特性可以通过外加电场、磁场和温度来加以调节.因此,石墨烯是研究可调谐器件的良好平台.基于石墨烯的电导率随费米能级有明显改变的特点,在分析石墨烯器件的调制机制的基础上,对石墨烯可调谐器件在太赫兹、中红外和近红外的应用发展进行了综述研究.     

可调谐石墨烯光电子器件（英文）

凭借着良好的光电、力学和热学性能,石墨烯是目前凝聚态物理领域一个重要的研究热点.而且由于石墨烯的色散关系在狄拉克点附近呈现线性特性,石墨烯的光电特性可以通过外加电场、磁场和温度来加以调节.因此,石墨烯是研究可调谐器件的良好平台.基于石墨烯的电导率随费米能级有明显改变的特点,在分析石墨烯器件的调制机制的基础上,对石墨烯可调谐器件在太赫兹、中红外和近红外的应用发展进行了综述研究.     

可调谐掺铒光纤环形腔单纵模激光器

利用驻波干涉和饱和吸收诱发的自写入光纤光栅的窄带滤波特性及反射波长自适应特性,通过内置可调谐介质薄膜滤波器研制成了可调谐掺铒光纤环形腔单纵模激光器。其有效可调谐波长范围达33nm,在波长连续调谐范围之内均为单纵模输出,激光线宽稳定在2.35KHz以下。     

10 Gbit/s可调谐全光波长转换器的实验研究

基于可调谐激光器和半导体光放大器中的交叉增益调制效应,实现了宽带可调谐全光波长转换器,采用单端耦合半导体光放大器改善波长转换的输出消光比特性.在10Gbit/s可调谐波长转换实验中,转换输出在1528~1563nm范围内可调,在适当条件下,可使在整个调谐范围内输出消光比大于10dB,转换效率大于0dB.该机制的波长转换在向上转换时能够得到较好的眼图,向下转换时眼图效果较差,噪声特性恶化明显.     

垂直腔面发射激光器的原理与设计

阐述了垂直腔面发射激光器（VCSEL）的工作原理及器件的设计方案,并设计出激射波长为980nm,InGaAs/GaAs多量子阱作为发光材料,氧化物限制电流,衬底面出光的基横模低阈值的器件结构。     

线形和复合腔结构布里渊光纤激光器实验研究

文章通过实验研究了基于线形腔和复合腔结构的布里渊掺铒混合增益光纤激光器的输出特性。采用1 km单模石英光纤作为布里渊增益介质,研究了该布里渊激光器的输出特性参数与泵浦波长、泵浦功率、腔型结构等因素的关系。通过实验分析,得出线形腔和复合腔2种结构在不同布里渊泵浦波长条件下产生一阶斯托克斯光时的1 480 nm激光器的阈值泵浦功率,并研究了高阶斯托克斯光输出随1 480 nm激光器泵浦功率的变化情况;布里渊波长从1 540 nm变化到1 570 nm时,线形腔和复合腔阈值泵浦功率分别在139～172 mW及196～294 mW范围变化;保持1 480 nm激光器泵浦功率为623 mW,增大布里渊泵浦功率,2种结构都获得了最多达到10个波长的稳定激光输出。     

表面等离子体纳米腔的光学特性

应用边界元方法分析了表面等离子体纳米腔的光学特性.设计了两种结构的亚波长金属纳米腔,一种是由上下两片相对放置的有限厚的银板构成,并且在内边界上刻蚀了正弦周期结构;另外一种是在前一种的基础上,在内边界的中间刻蚀了直线缺陷结构.研究了光通过这两种结构的共振谱线.数值结果表明,随着正弦周期数的增加,共振波峰的数日也在增加.并且,当以共振波长入射时,腔内的场强相对入射场强提高了五六倍.当在纳米腔的中间引入缺陷时,束缚在纳米腔中的光场强度相对于中间没有缺陷结构时的光场强度要强.这一研究可对设计新型超小激光光源提供非常重要的数据.     

单层石墨烯矩形纳米片等离子体共振频率的解析判定

利用经典电路演绎,对单层石墨烯矩形纳米片等离子体共振频率进行了研究.将单层结构化石墨烯等效为由电感和电容共同构成的集总电路.基于准静态近似,分析得到了单层结构化石墨烯等离子体共振频率的解析判定公式.结果表明,通过调节周围环境介电常数,石墨烯自身几何形状及其费米能量,石墨烯等离子体的共振特性能够得到有效的调控.此外,借助于数值仿真实验,上述解析判定公式的可靠性得到了验证.这种电路描述方法为石墨烯等离子体微结构器件共振频率的确定提供了指导,能够进一步降低复杂构型石墨烯等离子体的设计难度.     

宽带准分子激光器的调谐特性

宽带可调谐准分子激光源,是电子束泵浦的双原子和三原子稀有气体卤化物通过束缚-自由跃迁产生的.最近,已在XeF(C→A)、Xe_2Cl和Kr_2F三种激活介质的准分子激光器中观察到了激光作用.本文在介绍了它的发展情况之后,着重介绍了纵向电子束泵浦的XeF(C→A)准分子激光器.利用这种激光器可获得从455毫微米到529毫微米的宽带可调谐范围,以及1毫微米的频谱线宽.最后,本文还报道了Xe_2Cl激光器的实验情况.     

金属微纳结构有序阵列中Fano共振的产生条件

本文研究了由椭圆形金纳米颗粒组成的周期阵列在对称介质环境以及放置在介质波导表面两种体系下的Fano共振特性．我们将衍射表面波或波导本征模调谐到金纳米颗粒的局域等离激元共振频率附近,使其满足了通常意义上Fano共振产生的条件,即窄线宽和宽线宽的模式在共振能量上的重叠．我们发现,当仅满足这一条件时,Fano共振并不能被有效激发．我们通过对共振模式场分布的研究分析,阐述了Fano共振的激发还必须满足两种不同线宽的模式需要具有相同的电场分量．我们的研究结果将有助于更好地理解Fano共振的物理意义,对于设计基于Fano共振的微纳光子结构和器件有着重要的指导意义．     

采用啁啾反射镜色散补偿的7 fs掺钛蓝宝石激光振荡器

通过对钛宝石激光晶体及空气色散的计算分析,仅采用四镜腔结构的啁啾镜色散补偿激光振荡器,在3.1 W的抽运功率下,直接产生了平均功率340 mW,最短脉宽小于7 fs的周期量级脉冲输出.该激光的重复率为173 MHz,中心波长约791 nm,光谱全宽覆盖了从600～900 nm的范围.这是目前国际上所能获得亚10 fs激光脉冲的最简化腔型结构.     

空心方形银纳米结构的光学性质

应用离散偶极子近似方法计算了空心方形银纳米结构的消光光谱及其近场电场分布,并与U形银纳米结构的计算结果进行了比较. 结果发现, 空心方形纳米结构和U形纳米结构具有不同的电子振动模式; 在主共振峰波长入射时, 空心方形纳米结构拥有更强的电场增强和更大面积的强电场分布. 这些结果表明空心方形纳米结构更适合于作为表面增强拉曼散射的基底, 并用于生物分子或者化学分子的探测. 另外, 可以通过改变空心方形纳米结构的边长和尺寸来调节其等离子体共振峰的位置, 以满足其在表面增强拉曼散射等等离子体光子学方面的应用.     

采用啁啾反射镜色散补偿的7fs掺钛蓝宝石激光振荡器

通过对钛宝石激光晶体及空气色散的计算分析,仅采用四镜腔结构的啁啾镜色散补偿激光振荡器,在3.1W的抽运功率下,直接产生了平均功率340mW,最短脉宽小于7 fs的周期量级脉冲输出.该激光的重复率为173MHz,中心波长约791 nm,光谱全宽覆盖了从600～900nm的范围.这是目前国际上所能获得亚10 fs激光脉冲的最简化腔型结构.     

金属-电介质纳米核壳结构的零背向散射特性

本文基于Mie散射理论,设计并研究了具有高定向、可调谐零背向散射特性的"金属-低介电-高介电"纳米核壳结构.分析了低介电层的厚度和折射率对偶极电、磁共振位置及强度的影响,发现将偶极电和磁共振在光谱上调节到重合,满足第一Kerker条件,可以实现零背向散射和显著增强的前向散射.进一步说明通过改变核壳结构的内核厚度和外半径或高介电层的折射率,能够实现零背向散射波长的可调谐.研究结果将对设计基于零背向散射的纳米结构和器件有重要的指导意义.