[發明專利]基于波導耦合微盤光子分子激光器的光脈沖同步信號源

有效

• 申請號: 201410295424.5
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104078839B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 劉博文;楊躍德;鄒靈秀;龍衡;馬秀雯;黃永箴
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/042
• 分類號: H01S5/042
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及光通信、半導體光電子集成和微波光子學領域，更具體地，涉及一種基于波導耦合微盤光子分子激光器的光脈沖同步信號源，在有電信號或光信號注入到兩個微盤構成的微盤光子分子激光器時，能夠通過兩個條形波導側向耦合或者垂直耦合分別輸出兩路頻率相同、脈寬固定、相位互補的光脈沖串，產生光脈沖的頻率處于微波波段。

背景技術

在雷達發射系統中，各級放大鏈之間及各級放大鏈中的調制開關都需要脈沖同步信號，脈沖同步信號之間必須保證嚴格的時序才能使發射機正常工作，同時，雷達發射機與監測器之間的同步也要依靠脈沖同步信號。隨著近些年來雷達技術的不斷發展，尤其是測速雷達所測量的速度范圍不斷提高，其對于高脈沖重復頻率的脈沖同步信號的要求也不斷提高。此外，隨著多種高精密儀器設備在實驗科學中的廣泛應用，完成一次科學實驗經常會需要對多個設備進行精確地觸發控制，例如自上世紀七十年代發展起來的Particle Image Velocimetry(粒子圖像測速)技術，完成一次實驗需要精確地控制脈沖激光器、攝像機、Q開關、圖像采集卡以及多種系統外設進行同步工作，這就需要通過產生多路脈沖同步信號來驅動各個設備進行精確地配合，而且隨著測量精度與測量技術的不斷提高，對于脈沖同步信號的要求也日益提高。傳統脈沖同步信號一般采用分立元件搭建邏輯電路或通過FPGA等數字可編程單元來產生，其傳輸速度和抗電磁干擾性能較差。光作為信息傳輸的載體，具有寬帶、高速、低損耗、無干擾等電子沒有的優勢，因此以光電轉換為基礎的片上光互連技術在過去十幾年中發展迅速，與傳統的微電子產品相比，其具有傳輸速度快、帶寬大、抗干擾性強等優點。以回音壁模式微盤激光器為代表的光學微腔激光器是利用側壁全反射來實現對光場的強限制，腔中產生了品質因子極高的回音壁(Wispering-Gallery，WG)模式，具有很小的模式體積、低功耗、高速率的特點，適合制備片上光互連的光源。同時，由兩個共面的微盤激光器構成的微盤分子激光器，因其特別的光學特性而被用于實現諸如低閾值半導體激光器、光學開關、生物光學傳感等多種光電子器件。半導體光電子集成技術經過幾十年的發展，目前已實現多種與微電子元件對應的片上光電子元件，但對于能夠實現脈沖產生頻率處于微波波段的片上光脈沖同步信號源的考慮相對較少。

發明內容

本發明的目的在于解決如何在片上產生兩路或多路脈沖產生頻率處于微波波段的光脈沖同步信號的問題，提出一種基于波導耦合微盤光子分子激光器的光脈沖同步器信號源，從而實現脈沖產生頻率處于微波波段的片上光脈沖同步信號源。

本發明提供的基于波導耦合微盤光子分子激光器的光脈沖同步信號源，該光脈沖同步信號源包括：襯底和上層結構，其中：

所述上層結構形成在所述襯底上；

所述上層結構包括電注入或光注入的微盤光子分子激光器和兩個條形輸出波導，其中：

所述微盤光子分子激光器制作在所述襯底上的中間部分；

兩個條形輸出波導制作在所述襯底上，并與所述微盤光子分子激光器形成側向耦合或垂直耦合；

所述兩個條形輸出波導在同一側分別設有端口，以輸出微盤光子分子激光器中的拍頻光脈沖同步信號。

其中，所述襯底的制作材料選自：IV族半導體材料及其化合物、III-V、II-VI、IV-VI族化合物、有機半導體材料、藍寶石。

其中，所述微盤光子分子激光器包括兩個側向耦合的微盤，這兩個側向耦合的微盤制作在襯底上。

其中，每個微盤包括：下限制層、有源層、上限制層，其中：

所述下限制層制作在所述襯底上，為圓形或正多邊形；

所述有源區制作在所述下限制層上，其形狀與下限制層相同；

所述上限制層制作在所述有源區上，其形狀與下限制層相同。

其中，所述微盤光子分子激光器的尺寸為激射波長的幾倍到上千倍，其制作材料選自IV族半導體材料及其化合物、III-V、II-VI、IV-V族化合物、有機半導體材料，所述有源區為半導體材料、量子阱、量子線、量子點或量子級聯結構。

其中，所述兩個側向耦合的微盤之間存在一定間隔或間隔為零，并以此控制耦合的強度。

其中，所述微盤光子分子激光器的激發方式為光注入或電注入，其兩個微盤能夠獨立控制注入的強度。

其中，所述兩個條形輸出波導分布于所述微盤光子分子激光器的兩側，所述條形輸出波導的寬度不超過兩個微盤的半徑，且呈軸對稱或中心對稱分布。