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详解双稳态耦合圆形微腔激光器

2013-05-27 10:36
九一隐士
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  我们通过以下的方法制作了耦合圆形微腔激光器。首先在InGaAsP/InP外延片上沉积800 nm 掩模SiO2,然后甩胶,光刻,显影,把光刻板上的器件图形转移到光刻胶上,然后以光刻胶为掩模,干法刻蚀SiO2至欧姆接触层。再通过以SiO2 为掩模,进一步干法刻蚀外延片,刻蚀深度到衬底以下2 μm左右。我们再使用饱和溴水湿法腐蚀使器件侧面变得平滑。腐蚀完以后, 再生长一绝缘层SiO2来隔离电极与器件侧面的接触,再通过干法刻蚀打开窗口以实现电注入。接着制作电极,首先在器件表面蒸一层Ti-Au。由于器件的尺寸较小,而材料的厚度却达380~400 μm,需要把衬底减薄到140 μm 以下,方便后期的解理工艺。最后蒸上Au-Ge-Ni 作为n-型电极。我们制作的半径20 μm输出波导2 μm的InGaAsP/InP耦合圆形微腔激光器,实现了室温连续电注入激射,并且在室温下观测到光学双稳态输出特性。图3所示为耦合圆形微腔激光器的显微镜照片,两个圆形谐振腔与中间输出波导耦合实现定向输出。图4为293 K下测量的微腔激光器光纤耦合输出光功率与注入电流的关系,输出光功率在70~90 mA以及106~145 mA显示出光双稳态特性,其高低态光功率比值最大可达到10倍。输出光谱显示两个双稳态区对应于模式间隔为5.5 nm的不同纵模激射,实际器件温度随着电流增加上升造成了激射模的跳变。在308 K温度下,也测量得到了类似的光双稳态曲线。

  4 应用前景

  未来的光信息处理需要具有一定的存储功能光学元件,由于光学双稳态的特性曲线与电子双稳态器件的特性曲线相似,具有记忆功能,可利用它作为光存储器来满足这一要求。基于模式竞争的光学双稳态微腔激光器在室温下电注入实现光学双稳态的输出特性,更具有实用意义。器件存在“高”和“低”两种状态,可以作为二进制光学元件,两个稳定输出态可以通过电脉冲触发,实现开关转换。由于器件双稳区域的电流范围较大,高态与低态之间比值高,很好地满足作为光存储器的要求。值得注意的是,基于对称和反对称模式竞争所形成的光双稳态微腔激光器,其状态变换对应的载流子变化很小,因此,能实现快速的光交换功能。

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