激光器

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2、2.5微米 半导体激光器半导体激光器 Communications & optical storage 半导体激光器半导体激光器 光纤到户光纤到户 Fiber-to-the-home (FTTH) 半导体激光器半导体激光器 云计算云计算 Cloud Computing 半导体激光器半导体激光器 大数据大数据Big Data/数据中心数据中心Data Center 半导体激光器半导体激光器 光互连光互连 半导体激光器半导体激光器 自由空间光通信自由空间光通信 半导体激光器半导体激光器 系统系统 半导体激光器半导体激光器 模块模块 半导体激光器半导体激光器 器件器件 半导体激光器半导体激光器 外延

3、片和芯片外延片和芯片 半导体激光器半导体激光器 通信波段半导体激光产业通信波段半导体激光产业 外延片外延片 芯片芯片 器件器件 模块模块 国外：英国国外：英国IQEIQE，日本，日本三菱、三菱、NECNEC 国内：海信宽带，光迅科技国内：海信宽带，光迅科技( (低端低端) ) 联亚光电联亚光电( (台湾台湾) ) 国外：国外：FinisarFinisar，AvagoAvago，JDSUJDSU，OclaroOclaro 国内：光迅科技，旭创科技，国内：光迅科技，旭创科技， 华工正源，海信宽带，华为华工正源，海信宽带，华为 PON（Passive Optical Network, 无源光网络）是

4、光纤到户网络的主要技术。无源光网络）是光纤到户网络的主要技术。 Optical Line Terminal Optical Network Units Optical Network Terminals 半导体激光器半导体激光器 EPON(Ethernet Passive Optical Network) GPON(Gigabit-capable Passive Optical Network) PON（Passive Optical Network, 无源光网络）是光纤到户网络的主要技术。无源光网络）是光纤到户网络的主要技术。 电气电子工程师协会电气电子工程师协会 (IEEE) 国际电信联盟

5、电信标准化部门国际电信联盟电信标准化部门 (ITU-T) 半导体激光器半导体激光器 PON optical spectrum / Wavelength Plan 半导体激光器半导体激光器 半导体激光器半导体激光器 半导体激光器半导体激光器 一、一、10G直调直调1260-1330nm DFB激光器激光器 InAs/GaAs QD InGaAsP/InP QW AlGaInAs/InP QW 二、二、10G直调直调1550-1580nm DFB激光器激光器 InAs/AlGaInAs/InP QD InGaAsP/InP QW AlGaInAs/InP QW 半导体激光器半导体激光器 半导体激光

6、器半导体激光器 半导体激光器半导体激光器 1310 nm量子阱激光器量子阱激光器 1.3Q InGaAsP well compressive 7913ppm 1.1Q InGaAsP barrier tensile 480ppm 半导体激光器半导体激光器 量子点激光器量子点激光器 量子点量子点 体材料体材料 量子阱量子阱 量子线量子线 量子点量子点 e h e h e h e h e h e h e h e h e h 什么是“量子点”什么是“量子点” 1 m 1 m 载流子在载流子在纳米尺度空间受到三维限制纳米尺度空间受到三维限制 具有量子尺寸效应具有量子尺寸效应 量子点激光器量子点激光器

7、什么是“量子点”什么是“量子点” 量子点激光器量子点激光器 量子点量子点激光器激光器 量子阱量子阱激光器激光器 Mitsuru Sugawara and Michael Usami, Nature Photonics 3, 30 (2009) GaAs基基 InP基基 什么是“量子点”什么是“量子点” 量子点激光器量子点激光器 量子点激光器量子点激光器 量子点制备量子点制备 量子点激光器量子点激光器 量子点制备量子点制备 量子点激光器量子点激光器 材料材料 Eg300K 晶格常数晶格常数 GaAs 1.424 eV 5.6533 A InAs 0.354 eV 6.0583 A 晶格失配度 =

8、 subsubepi aaaInAs/GaAs 7.16% 1.3微米微米InAs/GaAs量子点量子点 (a)(b)InAs QDs1 m 1 m量子点激光器量子点激光器 1.3微米微米InAs/GaAs量子点量子点 量子点激光器量子点激光器 1.3微米微米InAs/GaAs量子点量子点 Veeco GEN II分子束外延分子束外延系统系统 量子点激光器量子点激光器 1.3微米微米InAs/GaAs量子点量子点 量子点激光器量子点激光器 1.3微米微米InAs/GaAs量子点量子点 InxGa1-xAsGaAs 100 nmGaAs bufferGaAs (100) S.I. substra

9、teGaAs 100 nmGaAs bufferGaAs (100) S.I. substrate原子力显微镜原子力显微镜AFM 光致荧光谱光致荧光谱PL 量子点激光器量子点激光器 2.5 ML2.25 ML2.0 ML2 m 2 m量子点激光器量子点激光器 量子点激光器量子点激光器 2 m 2 mInxGa1-xAs SRL 485 oC455 oC425 oC1 m 1 m量子点激光器量子点激光器 量子点激光器量子点激光器 量子点激光器量子点激光器 In0.17Ga0.83As 4 nm5n+GaAs (100) substraten+ GaAs buffer 300 nmn-Al0.4G

10、a0.6As 1.4 mGaAs 70 nmGaAs 25 nmGaAs 5 nm (undoped/Be-doped )GaAs 10 nmGaAs 30 nmp-Al0.4Ga0.6As 1.4 m p+GaAs 200 nmIn0.17Ga0.83As 4 nm5n+GaAs (100) substraten+ GaAs buffer 300 nmn-Al0.4Ga0.6As 1.4 mGaAs 70 nmGaAs 25 nmGaAs 5 nm (undoped/Be-doped )GaAs 10 nmGaAs 30 nmp-Al0.4Ga0.6As 1.4 m p+GaAs 200 n

11、m激光器外延结构激光器外延结构 量子点激光器量子点激光器 Energy激光器外延结构激光器外延结构 量子点激光器量子点激光器 激光器外延结构激光器外延结构 01233.23.33.43.5Epitaxy directionInAs QDsGaAsAlEpitaxy directionInAs QDsGaAsAl0.40.4GaGa0.60.6AsAsRefractive indexLength ( m)AlAl0.40.4GaGa0.60.6AsAs0.00.50.00.5Nomarlized optical field intensity Nomarlized optical field i

12、ntensity量子点激光器量子点激光器 激光器制作激光器制作 量子点激光器量子点激光器 激光器制作激光器制作 SEM 图像图像 量子点激光器量子点激光器 激光器测试激光器测试 光功率光功率-电流曲线电流曲线 量子点激光器量子点激光器 激光器测试激光器测试 量子点激光器量子点激光器 激光器测试激光器测试 量子点激光器量子点激光器 激光器测试激光器测试 量子点激光器量子点激光器 激光器测试激光器测试 原理原理 S/ I 小信号调制小信号调制 量子点激光器量子点激光器 激光器测试激光器测试 小信号调制小信号调制 量子点激光器量子点激光器 激光器测试激光器测试 大信号调制大信号调制 原理原理 1 0

13、 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 随机数字信号叠加形成眼图随机数字信号叠加形成眼图 量子点激光器量子点激光器 激光器测试激光器测试 大信号调制大信号调制 量子点激光器量子点激光器 量子点激光器的增益损耗机制量子点激光器的增益损耗机制 最大模式增益最大模式增益 载流子反转程度载流子反转程度 内损耗内损耗 腔面损耗腔面损耗 量子点密度、量子点密度、 量子点均匀性、量子点均匀性、 波导结构波导结构 能级结构、能级结构、 注入注入电流电流、 注入效率注入效率 外延质量外延质量 腔长腔长L、 腔面反射率腔面反射率R gmaxfc(Ith)-fv(Ith)=i+ln(1/R1R2)/2L g= t

14、otal 量子点激光器量子点激光器 量子点激光器的增益损耗机制量子点激光器的增益损耗机制 J. Appl. Phys. 101, 013108 (2007) 量子点激光器量子点激光器 1.55微米微米InAs/InGaAsP/InP量子点量子点 量子点激光器量子点激光器 1.55微米微米InAs/InGaAsP/InP量子点量子点 AIXTRON 紧耦合喷淋紧耦合喷淋MOCVD系统系统 量子点激光器量子点激光器 1.55微米微米InAs/InGaAsP/InP量子点量子点 InAs/InP 量子点量子点 InAs/GaAs量子点量子点 20-35meV 100-120meV Energy 光致

15、发光谱（光致发光谱（PL） 量子点激光器量子点激光器 1.55微米微米InAs/InGaAsP/InP量子点量子点 S. Luo et al Chin. Phys. Lett. Vol.30 No.6 2013 优化生长温度和淀优化生长温度和淀积量后得到积量后得到高密度高密度单层量子点、以及单层量子点、以及荧光强度线性变化荧光强度线性变化而半高宽不变的而半高宽不变的叠叠层量子点层量子点，有助于，有助于激光器增益的提高。激光器增益的提高。 2 ML 2.7 ML 3.3 ML 470oC 510oC 540oC 生长温度生长温度 InAs淀积量淀积量 4.4 1010 cm2 1 m2 量子点激光器量子点激光器 1.55微米微米InAs/InGaAsP/InP量子点激光器量子点激光器 量子点激光器量子点激光器 1.55微米微米InAs/InGaAsP/InP量子点激光器量子点激光器 量子点激光器量子点激光器 1.55微米微米InAs/InGaAsP/InP量子点激光器量子点激光器 啁啾结构量子点激光器啁啾结构量子点激光器 量子点激光器量子点激光器 1.55微米微米InAs/InGaAsP/InP量子点激光器量子点激光器 啁啾结构量子点激光器啁啾结构量子点激光器 量子点激光器量子点激光器 1.55微米微米InAs/InGaAsP/InP量子点量子点 啁啾结构量子点激光器