化能级之间跃迁的发光波长通过方程(1)给出：
U)
[004引其中应r哺巧"'"7'分别是在QD的导带和价带中的量化能级。由于势垒相关的扩宽效 应，增益峰值波长比通过方程（I)给出的发光波长略短。如果对于孤，为了简单起见假定了 无限的势垒，则巧HW W及馬mW'能被解析地表示为：
[004引其中EcO为导带边缘能量，EvO为价带边缘能量，及说!分别为电子和空穴的有 效质量，fr为"h拨'（普朗克常数h除W23I)。整数UmW及n为表示量化能级符号的量子数。最 低能级对应l=m = n = l(或1' =m' =n' =1)。增益峰值出现在量化能级附近。因此，增益峰 值波长由点的尺寸、和尺寸a、bW及C所确定。在运种方法中，通过改变孤的尺寸能够改变增 益峰值波长。较大尺寸的孤具有第二量化能级（l、m、或n(或1'、111'、11'）中任一个大于1)，其 中较高能级具有在较短波长一侧的增益峰值。运两个增益峰值构成宽的增益谱。
[0046] QD增益谱的细节在参考文献（S丄.Qiuang,Physics of Photonic Devices,John Wi I巧&Sons 2009，PP. 376-381，其内容通过引用并入本文）中描述。正如在方程（I)和(2)中 所示，该能级还由载流子的有效质量所:和说诚及能带边缘能量E。。和EvO所确定，能带边缘 能量与QD的组分及其各自的垒有关。通过改变晶体生长条件和组分选择，能对每一孤层中 的QD的尺寸和形状进行调整：因此，增益峰值波长能具有产生较宽增益谱的分布。65nm的增 益带宽已经被发表在W下刊物中：Takada,et al., "10.3加 /s operation over a wide temperature range in I. Sum quantum-dot DFB lasers with high modal gain''， Optical Fiber Communication Conference\National Fiber Optic Engineers Conference,Technical Digest(2010)，该参考文献的内容通过引用并入本文。
[0047] 换句话说，通过对QD和量子阱(QW)进行组合，能进一步扩宽QD的增益带宽:选择量 子阱的量化能级高于孤的第二量化能级，W设置另一增益峰值来扩宽增益带宽。通过使用 运种方法，已经实现超过200nm的整体增益带宽。在此工作中，通过单独使用QD，已示出具有 160nm的增益带宽。运些细节在参考文献（S. Chen, K. Zhou, Z. Zhang ,J.R. Orchard, D.T.D.Childs,!.Hugues,0.Wada,and R.A.Hogg, ('Hybrid quantum wel!/quantum dot structure for broad spectral bandwidth emitters"，IEEE J.Selected Topics of 如antum Electron. , vol. 19 ,No .4, July/Aug. 2013,其内容通过引用并入本文中）中描述。 但是在此W及前一段所引用的两个参考文献中描述的结构并不足W实现宽可调谐激光器 或扫频源的激光波长调谐。
[0048] 如上文所解释的，本发明提供MEMS可调谐量子点VCSEL(使用发射中屯、波长在 1300nm附近的示例性实施例）。本发明解决了至少两个现有技术中的问题。第一，通过使用 具有更宽反射率带宽的GaAs基DBR，解决了现有技术中InP基D服的D服反射率带宽不足的问 题。第二，通过使用在GaAs基DBR(其在GaAs衬底上生长)顶部上连续生长的量子点有源区， 避免了现有技术中为了将InP基有源区晶圆与GaAs基DBR晶圆键合所需的复杂晶圆键合工 艺问题。
[0049] 本文引用的所有参考文献通过全文引用方式并入本文。
[0050] W上描述旨在举例说明本技术的多个方面。而不旨在W本文记载的实施例来限制 所附的权利要求。本发明现已完整公开了，本领域技术人员应当明白，在没有背离所附权利 要求的精神或范围下，可W做出多种改变和修改。
【主权项】
1. 一种微机电系统(MEMS)可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)，包括一层或多层量子 点。2. 根据权利要求1所述的MEMS可调谐VCSEL，其中所述一层或多层量子点包括InAs或 InGaAs量子点，并且通过InGaAs皇层来分开。3. 根据权利要求1所述的MEMS可调谐VCSEL，具有上部DBR和下部DBR，其中所述DBR为 GaAs 基或 AlGaAs 基。4. 根据权利要求1所述的MEMS可调谐VCSEL，其中所述一层或多层量子点位于DBR上连 续生长的有源区内。5. 根据权利要求1所述的MEMS可调谐VCSEL，具有大于lOOnm的可调谐范围。6. -种用于扫频源光学相干层析成像的可调谐VCSEL，包括： MEMS可调谐 VCSEL， 其中所述MEMS可调谐VCSEL包括： 底部的半VCSEL部分、以及上部的反射镜部分，其中所述底部的半VCSEL部分包括： 在GaAs衬底上外延生长的底部DBR， 和由多层量子点组成的有源层，所述有源层在所述底部DBR的顶部上外延生长， 并且所述上部的反射镜部分包括： 由横梁支撑的垂直可移动的膜； 设置在所述垂直可移动的膜上的上部DBR，作为用于光线的上部反射镜； 在所述垂直可移动的膜和所述柄状衬底之间供应电压的电极，以改变形成于所述上部 DBR层和所述底部DBR层之间的腔体的腔体长度。7. 根据权利要求6所述的可调谐VCSEL，其中所述有源层包括多个包含不止一个尺寸的 量子点的层。8. 根据权利要求6所述的可调谐VCSEL，其中所述有源层包括多个包含不止一种组分的 量子点的层。9. 根据权利要求6所述的可调谐VCSEL，其中所述有源层包括多个由量子点组成的层， 所述量子点具有第二量化能级。10. 根据权利要求6所述的可调谐VCSEL，其中所述有源层包括多个由InAs或InGaAs量 子点组成的层。11. 根据权利要求6所述的可调谐VCSEL，其中所述有源层包括多个具有中心波长在 250nm至1950nm范围的量子点层。12. 根据权利要求6所述的可调谐VCSEL，其中所述有源层包括多个具有中心波长在 850nm至1700nm范围的量子点层。13. 根据权利要求6所述的可调谐VCSEL，其中所述有源层包括多个具有中心波长在 llOOnm至1350nm范围的量子点层。14. 一种光学相干层析成像系统，包括如权利要求1所述的可调谐VCSEL。
【专利摘要】一种使用微机电系统(MEMS)技术的波长可调谐的垂直腔面发射激光器(VCSEL)被设置为用于光学相干层析成像(OCT)的扫频源。所述波长可调谐VCSEL包括VCSEL的底部反射镜、有源区、以及通过静电偏转而可移动的MEMS可调谐上部反射镜。所述底部反射镜包括GaAs基分布的布拉格反射镜(DBR)叠层，以及所述有源区包括多个GaAs基量子点(QD)层的叠层，所述有源层在GaAs衬底上外延生长。所述MEMS可调谐上部反射镜包括由悬挂梁支撑的膜部、以及包含介电DBR叠层的上部反射镜。所述MEMS可调谐量子点VCSEL能覆盖超过100nm的操作波长范围，优选具有250nm和1950nm之间的中心波长，并且扫描速率能从几kHz到几百kHz、以及高达几MHz。
【IPC分类】H01S5/183
【公开号】CN105518951
【申请号】CN201480044416
【发明人】T·牧野, T·李, D·尤
【申请人】英菲尼斯有限责任公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2014年7月1日
【公告号】CA2917147A1, EP3017515A1, US9203215, US20150010031, US20160056613, WO2015003023A1