科研進展:首實現四邊類波導光學諧振腔低溫調製光譜及紫外雷射輸出

2020-12-01 OFweek維科網

  　　近期，中國科學院上海光學精密機械研究所中科院強雷射材料重點實驗室張龍研究員、董紅星博士領銜的光學微腔研究小組在光學諧振腔研究領域取得新進展。研究首次實現了四邊類波導光學諧振腔低溫調製光譜及紫外雷射輸出，成功解析非規則六邊形回音壁微腔對低維光場的調製分布。研究結果被材料領域國際學術期刊相繼報導。

　　伴隨光電子領域小型化、集成化和高效率的發展趨勢，具有特定幾何結構配置的低維受限光學諧振腔的研究受到了人們的高度重視，其尺寸接近電磁波波長的尺度，光子會受到較強的限制，這將顯著改變諧振腔結構中的一些基本物理性質（光譜、光波導、光動力學等），在未來遠程通訊、光學傳感、信息處理等領域具有非常誘人的應用前景。然而，針對在紫外和可見光區具有優異光電特性的寬禁帶金屬氧化物，傳統微腔製備技術並不適用，使得該類重要光功能材料在微腔領域的研究和發展在很長一段時間受到極大限制。因此，如何設計並製備高效新型的微腔結構，並開展相關光譜物理研究成為該領域的熱點問題。

　　研究小組利用氣相傳輸冷凝技術成功實現高品質氧化鋅和氧化銦單晶微腔結構。氧化鋅微腔具有規則四邊截面，並實現p型離子sb的淺摻雜，實驗上獲取類波導微腔調製光譜及紫外激射，解析激射隨溫度的變化依賴關係，並首次闡明微腔p型離子摻雜的激活物理本質（圖1）；另外，基於氧化銦微腔結構截面的非完美對稱性，結合差分擬合數值模擬，從實驗和理論上詳細討論截面結構對微腔調製光譜的影響，首次解釋了其完整的調製光譜物理圖像（圖2）；兩類微腔對光場展現出獨特效的低維調控能力，相關微腔製備及光譜物理研究還未見報導，其相關研究為該類材料微腔基光電子器件的開發和應用奠定了實驗基礎。

　　該項研究得到了國家科技重大專項、國家自然科學基金、上海市青年科技啟明星a類計劃、中科院青年創新促進會等的支持。

圖1四邊類波導微腔調製光譜及紫外激射

圖2非規則六邊形回音壁微腔可見光場分布

相關焦點

  • 薄膜鈮酸鋰波導器件的聲光調製
    這些性質使得鈮酸鋰在實現慣性傳感器、全息存儲/成像和光束偏轉方面成為很有潛力的材料之一。   然而，由於鈦擴散和質子交換方法製備的波導對光的限制很弱，在傳統塊狀鈮酸鋰上製作的聲光器件的聲光相互作用受到了很大限制。例如波導，其導模尺寸在幾十平方微米、波導半徑在釐米量級，這導致了器件尺寸相對較大從而制約了高集成度。
  • 矽雷射器輸出中紅外雷射
    絕緣體上的矽拉曼雷射器，諧振腔採用跑道形結構，波長為1550nm的泵浦光通過拉曼效應產生頻率下轉換的波長為1686nm的一階Stokes光，一階Stokes光作為二階拉曼效應的泵浦光，通過多階拉曼級聯效應，最終獲得中紅外雷射輸出。
  • 光學諧振腔及其功能介紹
    光學諧振腔是光波在其中來回反射從而提供光能反饋的空腔，是雷射器的必要組成部分。通常由兩塊與工作介質軸線垂直的平面或凹球面反射鏡構成。工作介質實現了粒子數反轉後就能產生光放大。諧振腔的作用是選擇頻率一定、方向一致的光作最優先的放大，而把其他頻率和方向的光加以抑制。凡不沿諧振腔軸線運動的光子均很快逸出腔外，與工作介質不再接觸。
  • 什麼是雷射的相干性?什麼是諧振腔?
    雷射，原名「鐳射」，英文名稱LASER的音譯，取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的首字母，意思是「通過受激輻射光擴大」，1964年，中國著名科學家錢學森先生致函《光受激發射情報》編輯部（期刊《雷射與光電子學進展》前身），為LASER取了一個貼切而傳神的中譯名「雷射」。
  • 中國雷射雜誌社發布2019年中國光學十大進展
    量子密鑰分發、光子晶片、智能雷射器、全色雷射顯示等20項重大光學進展入選。中國雷射《返樸》專稿今天（3月20日），中國雷射雜誌社發布「2019年度中國光學十大進展」（第十五屆）。量子密鑰分發、光子晶片、智能雷射器、全色雷射顯示等20項重大光學進展入選（基礎研究類與應用研究類各10項）。由於成果本身突出的學術水平，以及評審專家的嚴格公正，這一獎項，已經在學術界被廣泛認可。
  • 深度好文:大功率半導體雷射器研究進展!
    這種雷射器由於光學諧振腔與半導體晶片的襯底垂直，因此能夠實現晶片表面的雷射發射，有著低閾值電流、穩定單波長工作、可高頻調製、容易二維集成、沒有腔面閾值損傷等優點。隨著材料生長工藝的成熟和器件結構的優化，VCSEL器件在低閾值電流及室溫工作等方面取得了一系列進展，並於1988年實現了室溫連續激射。
  • 電光調製光頻梳是什麼?
    原創 長光所Light中心 中國光學封面圖：光頻梳圖片來源： Image courtesy of Second Bay Studios/Harvard SEAS撰稿 | 戴茂林光學頻率梳是指在頻譜上由一系列均勻間隔的頻率分量組成的光譜，這種光譜可以由鎖模雷射器，諧振腔或電光調製器等方式產生
  • 鑭系摻雜發光材料在波導和雷射中的應用
    本文綜述了稀土摻雜發光材料在波導和雷射中的應用，介紹了波導和雷射的原理，總結了基於鑭系摻雜發光材料的各種微納雷射器和波導結構的製造策略與方法，並指出了鑭系摻雜發光材料在光子器件中的應用前景和未來的發展挑戰。
  • 中國雷射雜誌社發布2019年度中國光學十大進展
    3月20日，中國雷射雜誌社發布「2019年度中國光學十大進展」（第十五屆）。量子密鑰分發、光子晶片、智能雷射器、全色雷射顯示等20項重大光學進展入選（基礎研究類與應用研究類各10項）。由於成果本身突出的學術水平，以及評審專家的嚴格公正，這一獎項，已經在學術界被廣泛認可。
  • 發光學報(特約綜述)| 垂直腔面發射雷射器研究進展
    原創 長光所Light中心 中國光學 收錄於話題#發光學報11個招募撰稿人/主筆垂直腔面發射雷射器（Vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL）是一種在與半導體外延片垂直方向上形成光學諧振腔、
  • 2019年度中國光學十大進展發布 量子密鑰分發等20項重大光學進展入選
    3月20日，中國雷射雜誌社發布「2019年度中國光學十大進展」。量子密鑰分發、光子晶片、智能雷射器、全色雷射顯示等20項重大光學進展入選（基礎研究類與應用研究類各10項）。據悉，中國光學十大進展由中國雷射雜誌社發起，經過首輪推薦、初評、終評三個環節，最終20項優秀的光學成果從110項研究進展中脫穎而出，入選2019年度中國光學十大進展（基礎研究類與應用研究類各10項）。
  • 中國光學十大進展|超快相機、回音壁聚光、新型光晶片等入選
    由中科院上海光學精密機械研究所和中國光學學會主辦的中國雷射雜誌社近日發布「2019年度中國光學十大進展」。量子密鑰分發、光子晶片、智能雷射器、全色雷射顯示等20項重大光學進展從110項成果中脫穎而出（基礎研究類與應用研究類各10項）。澎湃新聞（www.thepaper）對其中部分成果進行了深度解讀。
  • 雷射、啁啾脈衝放大、超快光學和諾貝爾獎
    同時雷射介質需要有多於僅僅上下兩個能級的結構來實現一個可操作的閉合電子躍遷路徑; 需要合適的泵浦源提供實現粒子數反轉的能量; 還要放置在諧振腔裡實現增益反饋。當光子在諧振腔裡傳播很多個來回, 不斷通過受激輻射產生大量相干光子, 就形成一束可以實際使用的雷射(圖1).
  • 鈮酸鋰微諧振器中的拉曼雷射和孤子鎖模
    研究人員在X切LNOI晶片中，通過腔幾何控制充分抑制拉曼效應，實現鎖模。該研究中對拉曼效應的分析為LNOI平臺上開發基於晶片的光子器件提供了指導。該研究成果發表在國際頂尖光學期刊《Light: Science & Applications》上。 近年來，LNOI技術的發展為光電子鄰域帶來了新的機遇。由於其結構具有較高的光學約束，可以實現性能更好、功耗更低、佔用空間更小的器件。
  • 拉曼、橢圓偏振、光學光譜技術常見問題解答
    中的應用，涉及：拉曼、橢圓偏振、光學光譜和輝光放電，四種光學光譜技術，為大家帶來滿滿的知識技能包。採用低溫恆溫器，閉循環低溫恆溫器或消耗液氦型低溫恆溫器可以實現5K和10K的極低溫，將樣品放置在低溫恆溫器中測量。相對宏觀測試而言，微觀尺寸的光致發光光譜更能表徵樣品的性質，並且能夠展現更多的細節信息，在進行顯微測量時，我們對整個樣品表面進行掃描，得到所有測量點的光致發光光譜，這個過程稱為Mapping。
  • 基於微波諧振腔的葡萄糖溶液濃度測量系統
    諧振頻率跟蹤模塊利用單片機控制壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)的輸出頻率，使VCO的輸出頻率與諧振頻率實時保持一致，實現了諧振頻率的自動跟蹤。諧振頻率跟蹤模塊利用單片機控制壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)的輸出頻率，使VCO的輸出頻率與諧振頻率實時保持一致，實現了諧振頻率的自動跟蹤。等精度頻率測量模塊在標準頻率為50 MHz時，誤差達到2×10-8，濃度測量解析度達到0.01 mmol/kg。
  • 單模直調VCSEL這些年的研究進展
    與EEL採用天然解理面作為雷射腔鏡不同，VCSEL採用DBR作為雷射腔的腔鏡，可以在解理成晶片之前在片測試，以及二維陣列集成。VCSEL的橫向結構形狀通常為圓形，輸出的光束圓形對稱，能夠和光纖高效耦合。此外，VCSEL腔長為一個波長量級，可以實現高調製帶寬、單縱模以及低功耗工作。
  • 上海光機所提出高功率光纖雷射倍頻新技術
    近日，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率光纖雷射技術實驗室在高功率光纖雷射倍頻領域取得新進展，提出少頻雷射諧振倍頻的技術，實現了高功率高效率的連續波倍頻雷射輸出，該技術提供了一種獲得高功率可見光光纖雷射的新思路。相關工作發表在 Optics Letters。
  • 我國準分子雷射技術發展現狀及趨勢研究
    從目前準分子雷射器生產商的相關產品可以看出，準分子雷射光源發展需求主要分為兩類：針對光刻需求——高重頻，同時要求極窄的光譜及極高的穩定性；針對工業加工需求——大單脈衝能量，高平均功率。 在材料加工與表面處理方面，Insung 等 [10] 使用雷射誘導單晶碳化矽的固態相位分離，實現了多層石墨烯的製備；日本京都大學研究者利用 KrF 準分子雷射實現了側壁粗糙度的降低，提高了波導的通光性能並提升了抗拉強度，熱影響小、修復力強、質量高 [11]；日本 Kobayashi 等 [12] 利用 193 nm 雷射加工碳纖維增強複合材料（CFRP），加工熱影響區在目前報導中屬於較高水平