[發明專利]一種基于聲光相互作用的激光光源

有效

• 申請號: 201810922094.6
• 申請日: 2018-08-14
• 公開（公告）號: CN109038211B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 孫軍強;秦森彪
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01S5/04
• 分類號: H01S5/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明公開了一種基于聲光相互作用的激光光源，包括位于襯底(7)上的直波導(1)、聲子源(4)及兩條聲子晶體波導(2)，直波導(1)位于兩條聲子晶體波導(2)之間，直波導(1)的兩個側面分別與這兩條聲子晶體波導(2)緊鄰；聲子源(4)位于直波導(1)的一端，用于向該直波導(1)提供聲子；聲子晶體波導(2)則用于將滿足預期頻率要求的聲子限制在該直波導(1)中；此外，襯底(7)為硅材料，直波導(1)為鍺材料或硅材料。本發明結合聲子晶體材料，對聲場進行限制，減小聲場的泄漏，從而實現基于聲光相互作用的激光光源(尤其是鍺硅激光光源)，由此避免了應變或摻雜等制備鍺硅激光器所需采用的現有技術，提高了器件的性能。

技術領域

本發明屬于集成光學技術領域，更具體地，涉及一種基于聲光相互作用的激光光源，該激光光源尤其是一種鍺硅激光光源。

背景技術

硅基光子技術能夠實現寬帶寬、高密度、高速度、低成本的信號處理和高性能計算，是下一代通信系統和數據互聯的關鍵技術。硅基激光器為集成光子器件提供光源，是其中的關鍵器件。由于硅的間接帶隙的特性，其發光效率低下，實現高效的電泵浦的硅基激光光源一直是一個挑戰。

與硅類似，鍺也是間接帶隙材料，但是其直接帶隙只比間接帶隙高136meV，接近直接帶隙。此外，鍺與CMOS工藝兼容，且已成功生長在硅襯底上。因此，外延的鍺硅(即在硅襯底表面外延鍺材料由此得到鍺硅)適合作為近紅外波段激光器的材料。

鍺硅激光器通常利用應變和摻雜等工藝實現。利用應變或者摻雜能夠減小鍺的帶隙差，從而增加電子占據直接帶隙的幾率，實現高效的直接帶隙復合發光。但是摻雜和應變均會影響鍺外延層的質量，降低器件的性能。且利用上述工藝實現的鍺硅激光器閾值較大。

若向鍺材料中注入聲子，則可以提高直接帶隙的電子填充率，提高躍遷速率，增大光子的增益，利用聲光相互作用實現激光輸出。

聲子晶體是一種周期性結構的材料，擁有聲子帶隙，利用聲子晶體材料可以減小鍺材料中聲場的泄漏，有利于實現低閾值的基于聲光相互作用的鍺硅激光光源。

目前還沒有利用聲子注入和聲子晶體來實現鍺硅激光光源的技術方案。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種基于聲光相互作用的激光光源，尤其是鍺硅激光光源，其中通過對該激光光源結構(尤其是激光諧振腔)的細節組件的組成及結構等進行改進，在直波導組件(如鍺直波導組件或硅直波導組件)的兩側設置聲子晶體波導，可將光場及滿足預期頻率要求的聲子(對應于聲場)限制在直波導組件內，利用聲子注入提高鍺材料或硅材料的直接帶隙的電子填充率，從而提高躍遷速率；本發明結合聲子晶體材料，對聲場進行限制，減小聲場的泄漏，從而實現基于聲光相互作用的激光光源(尤其是鍺硅激光光源)，由此避免了應變或摻雜等制備鍺硅激光器所需采用的現有技術，提高了器件的性能。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種基于聲光相互作用的激光光源，其特征在于，包括位于襯底(7)上的直波導(1)、聲子源(4)及兩條聲子晶體波導(2)，所述直波導(1)位于這兩條聲子晶體波導(2)之間，該直波導(1)的兩個側面分別與這兩條聲子晶體波導(2)緊鄰；所述聲子源(4)位于所述直波導(1)的一端，用于向該直波導(1)提供聲子；所述聲子晶體波導(2)則用于將滿足預期頻率要求的聲子限制在該直波導(1)中；

此外，所述襯底(7)為硅材料，所述直波導(1)為鍺材料或硅材料。

作為本發明的進一步優選，任意一條所述聲子晶體波導(2)具有周期性蜂窩狀排列的圓柱形空氣孔結構，

當所述直波導(1)為鍺材料時，所述聲子晶體波導(2)其聲子晶體晶格常數為1.8納米～2.4納米，圓柱形空氣孔結構的半徑與晶格常數之比為0.22～0.27；