[發明專利]光子晶體可調諧邊發射激光器及其制作方法

無效

• 申請號: 200910244533.3
• 申請日: 2009-12-30
• 公開（公告）號: CN101771240A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 鄭婉華;邢名欣;陳微;周文君;劉安金
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/20
• 分類號: H01S5/20;H01S5/06;H01S5/04;H01S5/30
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及光子集成技術領域，尤其涉及一種光子晶體可調諧邊發射激光器及其制作方法。

背景技術

光子集成一直是科學工作者的夢想。但是由于波色子的特點導致對于光子的操控非常困難。器件尺寸要在毫米量級，不利于集成。光子晶體可以有效的調控光子態密度，從而實現對光的控制，利用光子晶體的性質可以實現小型化的光子集成器件，以完成信息的傳輸和處理。

現今為止，可以作為光源的光子晶體激光器已經受到了人們廣泛關注，最近的進展都集中在低閾值以及室溫連續激射的情況。但是這些光子晶體激光器都僅僅工作在一個固定的激光頻率。而在未來的全光網絡中，光纖通訊技術以及光學集成起著重要的作用。波長可調諧的光源則是現有光纖通訊的技術如密集波分復用(DWDM)技術中不可或缺的一部分。

如果在光纖通訊技術中選用多個固定波長的光源，那么系統將變得很復雜，同時也會很大的提高系統的成本。因為光源是光纖通訊技術中需要解決的關鍵瓶頸，因此，如何實現光子晶體可調諧邊發射激光器一直是人們努力的方向之一。

利用光子晶體能帶帶邊處慢光效應來實現光子晶體激光器，根據光波群速度的公式：v_g＝dω/dk，頻率處于光子晶體能帶結構中帶邊處，其光子群速度很小，甚至可以為零，所以處于帶邊頻率處的光子可以形成很強的反饋，具有很大的光子態密度，從而可以實現激光共振。利用完整光子晶體能帶中的慢光效應制作激光器，也可利用光子晶體線缺陷的慢光效應制作激光器。由于光子晶體的尺寸較小并能控制光子，所以光子晶體可以應用小型化光子集成方面。

目前的面發射光子晶體激光器在光子集成方面存在一定的困難。光子晶體線缺陷可以實現光的傳播，利用光子晶體缺陷腔和光子晶體波導的集成制作的邊發射激光器可以達到光子在平面內傳播的目的。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種光子晶體可調諧邊發射激光器，以實現光子晶體可調諧邊發射激光器。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種光子晶體可調諧邊發射激光器，包括：

一光子晶體激光器；以及

一用于泵浦所述光子晶體激光器的泵浦源。

上述方案中，所述泵浦源是光泵浦源。

為達到上述目的，本發明還提供了一種光子晶體可調諧邊發射激光器的制作方法，該方法包括：

步驟1：在半導體材料上制作一個二維薄板結構的光子晶體波導，使該光子晶體波導的一邊用完整的光子晶體晶格包圍，實現光場的100％反射；

步驟2：利用低群速度的導波模式，使得當泵浦源泵浦光子晶體邊發射激光器時，光波在光子晶體波導內形成很強的共振，從而產生激光；

步驟3：調整光子晶體波導最近鄰空氣孔半徑的大小，改變光子晶體導波能帶的帶邊頻率；

步驟4：光子晶體波導的導波能帶的變化使得光子晶體低群速度的導波模式的頻率位置發生變化；

步驟5：通過泵浦源泵浦光子晶體可調諧邊發射激光器結構的不同位置使得不同頻率的低群速度的導波模式發生共振，從而實現可調諧激光的輸出。

上述方案中，步驟1中所述半導體材料為GaN/AlGaN材料、GaAs/AlGaAs材料、InP/InGaAsP或GaSb/InGaSb等材料。

上述方案中，步驟2中所述激光的產生，是頻率處于光子晶體波導導波能帶中帶邊處，其光子群速度很小，甚至可以為零，具有很大的光子態密度，使得增益得到增強，從而處于帶邊頻率處的光子形成很強的反饋，從而實現激光諧振，產生激光。

上述方案中，步驟2中所述泵浦源是光泵浦源。

上述方案中，步驟5中所述可調諧激光的輸出是側向輸出的。

(三)有益效果

與現有技術相比，本發明的優越性在于：

本發明提供的光子晶體可調諧邊發射激光器易于集成，并且可以作為未來微納尺寸集成光路的光源。

附圖說明

圖1表示一光子晶體可調諧邊發射激光器的結構；

圖2表示了光子晶體可調諧部分的結構示意圖，其中臨近光子晶體波導的空氣孔的半徑以2nm的精度從左到右逐漸減小。；

圖3表示了光子晶體可調諧邊發射激光器的不同位置的能帶圖。圖中分別顯示了光子晶體孔孔徑變化之前和變化之后的能帶，可調諧部分的結構的帶邊的頻率應該在兩者的能帶帶邊頻率之間；

圖4表示光子晶體可調諧邊發射激光器的透射譜線，在光子晶體邊發射激光器四個不同的位置放置相同的高斯型脈沖電磁場，在光子晶體邊發射激光器的輸出端得到四個透射譜；