[发明专利]基于片上集成波导与半导体纳米线的复合结构单纵模激光器

说明书

本发明公开了一种基于片上集成波导与半导体纳米线的复合结构单纵模激光器。包括半导体纳米线和片上集成波导，弯曲波导的两端依次连接耦合波导、输出光栅、输出光纤，两个耦合波导和半导体纳米线紧贴布置，形成马赫‑曾德尔干涉结构形式的单纵模激光器；自由空间光入射到复合结构单纵模激光器上将半导体纳米线泵浦至激光阈值以上，经过半导体纳米线和弯曲波导组成的两干涉臂向两侧输出光信号，最后经输出光栅垂直输出到输出光纤。本发明具有低功耗、小型化、方向输出比率可调节、性能稳定、制备简便、结构简单、易于集成等特点，能实现两端输出比率10％至90％的光强调节。

技术领域

本发明涉及微光学元件、光通讯和光子集成电路等技术领域，尤其涉及一种基于片上集成波导与半导体纳米线的复合结构单纵模激光器。

背景技术

近十年来，片上微纳光子学器件在通信、传感、量子计算等领域获得了广泛的应用，片上微纳光子学采用互补金属氧化物半导体技术进行加工了大量光学器件和光学芯片。然而，片上光源仍然是一个需要解决的难题之一。另一方面，自上而下生长的半导体纳米线被广泛应用于微纳尺度激光器件。纳米线激光器能够覆盖从紫外波段到近红外波段的宽光谱。现有的片上集成激光器的耦合效率和可重复性都比较低，且通常只能在多纵模模式下运行，而单纵模对于片上集成激光器的实际应用是至关重要的。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在针对现有技术的不足，提供一种基于片上集成波导与半导体纳米线的复合结构单纵模激光器。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明包括半导体纳米线和片上集成波导，片上集成波导包括两个光输出结构、两个耦合波导、氧化层、衬底层、一个弯曲波导；耦合波导、弯曲波导和半导体纳米线一起均置于氧化层，氧化层下面设有衬底层，弯曲波导两端均连接有耦合波导，每个耦合波导连接有一个光输出结构，每个光输出结构包括从耦合波导的端部开始依次连接输出光栅、输出光纤，两个耦合波导和半导体纳米线紧贴布置，形成马赫-曾德尔干涉结构形式的单纵模激光器；自由空间光入射到复合结构单纵模激光器上将半导体纳米线泵浦至激光阈值以上，经过半导体纳米线和弯曲波导组成的两干涉臂向两侧输出光信号，最后经输出光栅垂直输出到输出光纤。

所述的耦合波导主要由位于中间的直线段和布置在直线段两端的弧形段构成，直线段和半导体纳米线紧贴布置，耦合波导的弯曲方向和弯曲波导的弯曲方向相反。

通过调整不同直线段长度的耦合波导，实现输出光纤处输出光强的调节，并且设计片上集成波导两端耦合波导直线段的不同长度和长度比例，实现调节两输出光纤处输出光强的比例分配。

所述的输出光栅布置于氧化层上和耦合波导输出端连接，输出光纤端部垂直连接到输出光栅输出端。

所述的氧化层采用二氧化硅。

所述的衬底层采用硅。

所述的弯曲波导采用SiN波导，为条形波导弯曲成Ω形。

所述的半导体纳米线采用CdS纳米线。

所述的自由空间光为泵浦光源，为脉冲激光。

具体实施中，先制备片上集成波导，然后将单根半导体纳米线置于的氧化层上，对单根半导体纳米线进行微纳尺度上的移动操作与片上集成波导的两个耦合波导均相接触形成马赫-曾德尔干涉结构，制备获得复合结构单纵模激光器。

本发明具有的有益效果是：

本发明具有单纵模、低功耗、小型化、方向输出比率可调节、性能稳定、制备简便、结构简单、易于集成等特点。目前通过实验实施，本发明的方案已获得波长519nm，半高宽0.1nm的单模激光输出。

同时本发明通过不同长度的耦合波导，能实现方向输出比率10％至90％的调节。

附图说明