《基於MIS電容的電光調製半導體回音壁微腔雷射器的研究》是依託廈門大學，由車凱軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於MIS電容的電光調製半導體回音壁微腔雷射器的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：車凱軍
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目首先採用時閾有限差分方法和基於Baker算法的padé近似頻譜處理方法，研究由金屬-絕緣介質限制的連線埠輸出回音壁模微腔的模式特性和輸出特性。基於理論研究的結果，最佳化設計半導體微腔雷射器的結構，分離側面金屬限制區與p-型電注入區，融雷射器與電光調製性能於一體。然後採用普通的半導體平面製作工藝，如標準光刻和感應耦合等子體乾法刻蝕等技術，開展基於金屬-絕緣層-半導體（MIS）電容的電光調製半導體回音壁模微腔雷射器的實驗研究。同時對雷射器的模式諧振機理和電光調製機理進行細緻的分析，特別是有關MIS電容調製電壓對器件激射波長和輸出光功率的影響，為實驗結果提供合理的理論解釋。通過此項目的開展，研製電光調製的半導體微腔雷射器，對光電集成中的微光源或信號源的實現和靈活套用具有重要意義。
結題摘要
由於微腔雷射器具有體積小，閾值低，能量損耗小的特點，半導體微光源器件將成為未來集成光電晶片中不可或缺的核心器件，其主要作用是作為光信號載體參與整個晶片的信息處理。該資助項目針對一種金屬-絕緣層-半導體（MIS）電容調製的半導體微腔雷射器的設計和套用問題，深入探索MI限制的光學微雷射器的模式特性和耦合輸出特性，提出了寬波導輸出、低輻射損耗的光學波導耦合輸出方案，研究了三維器件的結構參數對模式損耗和增益閾值影響，及對薄層金屬限制的有源雷射器的光學感測套用進行了初步探索，為雷射器在集成光子迴路和光學感測套用提供了理論和實驗基礎。該項目取得如下主要研究成果：（1）基於單光源器件驅動多無源器件的信號處理模組構想，在理論上系統地研究了單回音壁模微盤的平面多通道耦合輻射輸出，包括二至四連線埠的光學微雷射器。研究發現，引入對稱的耦合波導能夠有效的濾除部分光學諧振模式，為雷射器的單模激射創造良好的模式諧振條件。（2）基於微腔耦合理論，我們提出波導間接耦合的雙和四回音壁諧振腔結構，同進引入MI光學限制介質，實現雙和四連線埠輻射的光學諧振腔。研究發現圓形諧振腔的直接耦合在厚絕緣層情況下導致模式分裂，同時對於波導間接耦合的諧振腔，MI限制的波導能夠直接控制模式對稱態與反對稱態的耦合輸出，從而在理論上解決了寬波導輸出，高Q值諧振的問題。（3）基於近距離耦合的概念，MI限制的圓形諧振腔的長距離波導耦合也得到相關的研究，在確定波導寬度和長度下，基模振盪能夠發生。（4）基於光波導理論，我們研究了三維MI限制的光學微雷射器。通過調製絕緣介質的厚度，我們能夠調節諧振模式電場的空間位置變化，從而實現增強與弱化增益介質與量子化的電磁場之間的光學耦合作用，深入分析基於MIS的微雷射器的光學特性，探索不同條件下其光學諧振機理，為最佳化微雷射器的性能提供參考。除上述之外，我們開展了有源微雷射器光學感測研究，分析了雷射器隨腔外材料折射率的變化對雷射器諧振波長和增益閾值的影響，推進雷射器的研究範圍。項目研究期間，發表SCI收錄科研論文7篇，Opt. Express 2篇，Appl. Opt. 2篇，Opt. Comm. 1篇，Chin. Opt. Lett. 1篇，ICTON國際會議1篇，授權發明專利1項。培養碩士生3人，輔助培養2名博士生。
