激光器

最大模式增益 载流子反转程度 内损耗 腔面损耗 量子点密度、 量子点均匀性、 波导结构 能级结构、 注入电流、 注入效率 ② 外延质量 腔长L、
腔面反射率R
①
③
④
量子点激光器
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
1.55微米InAs/InGaAsP/InP量子点
半导体激光器
大数据Big Data/数据中心Data Center
半导体激光器
光互连
半导体激光器
自由空间光通信
半导体激光器
系统
半导体激光器
模块
半导体激光器
器件
半导体激光器
外延片和芯片
半导体激光器
通信波段半导体激光产业 国外：英国IQE，日本三菱、NEC
外延片
国内：海信宽带，光迅科技(低端) 联亚光电(台湾)
半导体激光器
半导体激光器
1310 nm量子阱激光器
半导体激光器
1.3Q InGaAsP well compressive 7913ppm
1.1Q InGaAsP barrier tensile 480ppm
量子点激光器
量子点
e h h e e h
e e h h
e h
e
h e h
e
h
体材料
量子点激光器
1.55微米InAs/InGaAsP/InP量子点
AIXTRON 紧耦合喷淋MOCVD系统
量子点激光器
1.55微米InAs/InGaAsP/InP量子点
光致发光谱（PL） InAs/GaAs量子点 InAs/InP 量子点
20-35meV
100-120meV
Energy
量子点激光器
化合物半导体材料生长与表征 2016春季
半导体激光器生长与表征
半导体激光器
半导体芯片产业 集成电路IC（英特尔） LED（三安光电） 半导体激光器
半导体激光器
半导体激光器
半导体激光器
半导体激光芯片
0.8微米-1.1微米 泵浦 材料加工 激光显示
1.3、1.55微米 互联网通信 星地通信 空间通信
485 oC
455 oC
425 oC
1 µm × 1 µm
量子点激光器
量子点激光器
激光器外延结构
p+ GaAs 200 nm p-Al0.4Ga0.6As 1.4 µm GaAs 30 nm GaAs 10 nm GaAs 5 nm (undoped/Be-doped ) GaAs 25 nm In0.17Ga0.83As 4 nm GaAs 70 nm n-Al0.4Ga0.6As 1.4 µm n+ GaAs buffer 300 nm n+ GaAs (100) substrate ×5
1.55微米InAs/InGaAsP/InP量子点激光器
啁啾结构量子点激光器
量子点激光器
1.55微米InAs/InGaAsP/InP量子点
啁啾结构量子点激光器
量子点激光器
1.55微米InAs/InGaAsP/InP量子点
锁模量子点激光器
脉冲序列周期为22.1ps，对应重复频率45.5GHz。
2 ML
InAs淀积量
2.7 ML
3.3 ML
量子点激光器
1.55微米InAs/InGaAsP/InP量子点激光器
量子点激光器
1.55微米InAs/InGaAsP/InP量子点激光器
量子点激光器
1.55微米InAs/InGaAsP/InP量子点激光器
啁啾结构量子点激光器
量子点激光器
激光器测试
小信号调制
量子点激光器
激光器测试
大信号调制
原理
0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1
随机数字信号叠加形成眼图
量子点激光器
激光器测试
大信号调制
量子点激光器
量子点激光器的增益损耗机制
Γg= αtotal Γgmax[fc(Ith)-fv(Ith)]=αi+ln(1/R1R2)/2L
量子点激光器
量子点制备
量子点激光器
量子点制备
量子点激光器
1.3微米InAs/GaAs量子点
材料 GaAs InAs Eg@300K 1.424 eV 0.354 eV 晶格常数 5.6533 A 6.0583 A
晶格失配度 =
aepi − asub asub
InAs/GaAs — 7.16%
量子点激光器
1.3微米InAs/GaAs量子点
InAs QDs
1 µm × 1 µm (a)
(b)
量子点激光器
1.3微米InAs/GaAs量子点
Veeco GEN II分子束外延系统
量子点激光器
1.3微米InAs/GaAs量子点
量子点激光器
1.3微米InAs/GaAs量子点
原子力显微镜AFM
1.55微米InAs/InGaAsP/InP量子点
540oC
优化生长温度和淀 积量后得到高密度 单层量子点、以及
生长温度
荧光强度线性变化 510oC 而半高宽不变的叠 层量子点，有助于 4.4 ×1010 cm−2 470oC
1µm2
激光器增益的提高。
S. Luo et al Chin. Phys. Lett. Vol.30 No.6 2013
Refractive index
量子点激光器
激光器制作
量子点激光器
激光器制作
SEM 图像
量子点激光器
激光器测试
光功率-电流曲线
量子点激光器
激光器测试
量子点激光器
激光器测试
量子点激光器
激光器测试
量子点激光器
激光器测试
小信号调制
原理
∆S/ ∆I
量子点激光器
芯片
国外：Finisar，Avago，JDSU， Oclaro 国内：光迅科技，旭创科技， 华工正源，海信宽带，华为
器件 模块Байду номын сангаас
半导体激光器
PON（Passive Optical Network, 无源光网络）是光纤到户网络的主要技术。
Optical Line Terminal
Optical Network Terminals
Optical Network Units
半导体激光器
PON（Passive Optical Network, 无源光网络）是光纤到户网络的主要技术。
国际电信联盟电信标准化部门 (ITU-T)
电气电子工程师协会 (IEEE)
EPON(Ethernet Passive Optical Network) GPON(Gigabit-capable Passive Optical Network)
1.4-1.8微米 瓦斯检测 工矿检测 激光成像 光纤传感
1.8-2.5微米 气体检测 激光手术 中红外泵浦 塑料加工
半导体激光器
Communications & optical storage
半导体激光器
光纤到户 Fiber-to-the-home (FTTH)
半导体激光器
云计算 Cloud Computing
GaAs 100 nm InxGa1-xAs GaAs buffer GaAs (100) S.I. substrate
光致荧光谱PL
量子点激光器
2 µm × 2 µm
2.5 ML
2.25 ML
2.0 ML
量子点激光器
量子点激光器
2 µm × 2 µm
量子点激光器
InxGa1-xAs SRL
量子阱
量子线
量子点
量子点激光器
什么是“量子点”
载流子在纳米尺度空间受到三维限制 具有量子尺寸效应
1 µm × 1 µm
量子点激光器
什么是“量子点”
量子点激光器
什么是“量子点”
GaAs基
量子点激光器
InP基
量子阱激光器
Mitsuru Sugawara and Michael Usami, Nature Photonics 3, 30 (2009)
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
一、10G直调1260-1330nm DFB激光器 InAs/GaAs QD InGaAsP/InP QW AlGaInAs/InP QW 二、10G直调1550-1580nm DFB激光器 InAs/AlGaInAs/InP QD InGaAsP/InP QW AlGaInAs/InP QW
量子点激光器
激光器外延结构
Energy
量子点激光器
激光器外延结构
3.4 3.3 3.2 0
InAs QDs
0.5
Al0.4Ga0.6As
1
GaAs
2 Length (µm)
Al 0.4Ga0.6As
3
0.0
Nomarlized optical field intensity
3.5
Epitaxy direction