，InP, SiNx和BCB折射率分别为3.2、2、1.54。两横模波长间距随着正方形边长增加而减小，当边长从10 μ m增加至30 μ m时，模式间距从1.86nm减小至0.27nm，对应微波频率从238GHz降低至34GHz。由于在正方形微腔12中高Q模式在角区分布弱，因此在顶点处输出波导13的引入以及其宽度对基模、一阶横模波长间距影响较小，尤其是对于较大尺寸的正方形腔，波导对模式间距的影响可忽略。
[0023]图3是基横模、一阶横模波长以及二者间距Δ λ与方环形电注入窗口区域、非注入窗口区域折射率差Δ η的关系。其中正方形微腔12边长30 μ m，输出波导13宽度2.5 μ m，方环形电注入窗口 14宽度4μπι。在注入电流下电注入窗口区域载流子浓度较大，温度也较高，载流子浓度差、温度差都会对折射率产生影响。假设非注入窗口区域折射率为η = 3.2，电注入窗口区域折射率为η+ Δ η。两横模波长间距随着Δ η增加而增加，其中一阶横模模式波长比基横模短。当Δη从-0.004增加至0.004时，模式间距从0.04nm增家至1.10nm，对应微波频率从5GHz增加至137GHz。不同注入电流下，两区域载流子浓度差、温度差不同，折射率差Λη也不同，可以通过调节注入电流实现基横模和一阶横模波长间距的可调。
[0024]图4是给出了本发明一种基于双模正方形微腔激光器的可调谐光频梳的实例中，边长30 μπκ电注入窗口宽度4 μπκ输出波导宽度2.5 μπι的双模正方形微腔激光器的功率-电流、电压-电流曲线。该曲线表明器件实现了室温连续电注入激射。
[0025]图5是给出了本发明提供的实例中双模正方形微腔激光器在注入电流为90mA时的光谱图，插图为其精细光谱图。双模强度差小于ldB，波长间距Λ λ为0.26nm，对应微波频率为30GHz，实现了良好的双横模工作，并同时在双模两侧观测到由四波混频效应产生的边带。
[0026]图6是给出了本发明提供的实例中双模正方形微腔激光器双模间距Λ λ、双模强度比与注入电流I变化关系曲线。当电流从88mA增加至IlOmA时，实现了双横模激射，并且双模间距从0.25nm增加至0.41nm，对应微波频率约从30GHz增加至50GHz。此结果证明了该实例可以通过调节注入电流实现双横模正方形微腔激光器模式间距的可调谐。
[0027]图7是给出了本发明提供的实例中双模正方形微腔激光器输出光经高速光电探测器产生微波信号的频谱，其中注入电流为90、95、100、105mA，微波频率分别30.56、32.70,35.12,39.5GHz，频率稳定性好，3_dB线宽约为40MHz。此结果证明该实例中双模正方形微腔激光器可以产生频率稳定的可调谐微波信号。
[0028]图8是以本发明提供的实例基于双模正方形微腔激光器的可调谐光频梳的光谱图，其中梳齿间隔为71GHz。此结果证明该实例中双模正方形微腔激光器I的输出光经光纤放大器2放大后，利用高非线性光纤3中级联四波混频效应展宽获得频率间隔稳定的光频梳。
[0029]提供的实例结果证明，图1中的双模正方形微腔激光器I可以实现稳定的双横模激射，特殊的电注入窗口使得可通过调节注入电流大小实现双模间距的可调谐，两个模式拍频可产生频率稳定、线宽较窄的可调谐微波信号；并且以该激光器输出光为种子源，经光纤放大器2放大后利用高非线性光纤3中级联四波混频效应展宽可获得可调谐光频梳。该实例结果验证了图1所示的基于双模正方形微腔激光器的可调谐光频梳的可行性。
[0030]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于双模正方形微腔激光器的可调谐光频梳，包括: 双模正方形微腔激光器(I)，用于产生间距可调的双模激射； 光纤放大器(2)，其输入端与双模正方形微腔激光器(I)输出端相连，用于将光信号放大； 高非线性光纤(3)，与光纤放大器(2)输出端相连，利用其级联四波混频效应展宽获得可调谐光频梳，其特征在于: 所述的双模正方形微腔激光器(I)包括: 衬底(11); 正方形微腔(12); 输出波导(13)，与正方形微腔(12)直接相连或者通过消逝波侧向耦合输出光； 电注入窗口(14)，形成于正方形微腔(12)顶部，非注入区域由介质层(15)覆盖，其中电注入窗口(14)的形状被设置为从该电注入窗口(14)注入电流会产生不均匀的载流子分布或者温度分布； P型和η型电极。
2.根据权利要求1所述的基于双模正方形微腔激光器的可调谐光频梳，其中双模正方形微腔激光器(I)的正方形微腔(12)和输出波导(13)都包括:下限制层(121)、有源层(122)和上限制层(123)，下限制层(121)和上限制层(123)的材料为InP、AlAs、AlGaN或GaN，有源层(122)材料为InGaAs、InGaAsP或AlGaInAs ;下限制层(121)生长或者键合在衬底(11)上，有源层(122)生长在下限制层(121)上。
3.根据权利要求1所述的基于双模正方形微腔激光器的可调谐光频梳，其中所述介质层(15)的材料是二氧化硅或者氮化硅。
4.根据权利要求1所述的基于双模正方形微腔激光器的可调谐光频梳，其中所述衬底(11)的材料是IV族半导体材料及其化合物、II1-V、I1-VI,IV-VI族化合物、有机半导体材料或蓝宝石。
5.根据权利要求1所述的基于双模正方形微腔激光器的可调谐光频梳，其中所述正方形微腔(12)边长a介于5100μπι之间，输出波导(13)宽度wg介于Oa/5之间，可通过改变正方形微腔(12)边长来改变双模间距，从而控制双模工作范围。
6.根据权利要求2所述的基于双模正方形微腔激光器的可调谐光频梳，其中所述电注入窗口(14)为方环形或者圆环形，也可以用该类形状的电极替代。
7.根据权利要求1所述的基于双模正方形微腔激光器的可调谐光频梳，其中所述双模正方形微腔激光器(I)的输出光在进入高非线性光纤(3)之前，经过一级或者多级光纤放大器(2)放大光功率。
8.根据权利要求1所述的一种基于双模正方形微腔激光器的可调谐光频梳，其中所述双模正方形微腔激光器(I)的输出光在进入高非线性光纤(3)之前，采用光滤波器滤去其它模式及噪声。
9.根据权利要求1至8任一项所述的基于双模正方形微腔激光器的可调谐光频梳，其中所述双模正方形微腔激光器(I)是用于产生可调谐微波信号。
【专利摘要】本发明公开了一种基于双模正方形微腔激光器的可调谐光频梳，包括：双模正方形微腔激光器，用于产生间距可调的双模激射；光纤放大器，用于将光信号放大；高非线性光纤，利用其级联四波混频效应展宽获得光频梳。其中双模正方形微腔激光器包括：衬底；正方形微腔；输出波导；电注入窗口，形成于正方形微腔顶部，非注入区域由介质层覆盖；p型和n型电极。本发明提供了一种间距可调的双模激光器实现方案，结构简单，基于该激光器利用高非线性光纤内级联四波混频效应展宽获得频率间隔稳定的可调谐光频梳。
【IPC分类】G02F1-35, G02F1-365
【公开号】CN104765217
【申请号】CN201510166090
【发明人】龙衡, 黄永箴, 马秀雯, 邹灵秀, 肖金龙, 杨跃德
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月9日