基于LIGENTEC厚氮化硅光集成芯片反射腔的近中紅外激光

  近日，來自芬蘭的研究團隊在"Laser and Photonics Reviews"報道了基于GaSb/GaInAsSb量子阱和LIGENTEC低損耗Si3N4光子集成光路反射腔的寬調(diào)諧（2.47-2.64微米）混合激光器。

  原文標題“Widely Tunable (2.47–2.64 μm) Hybrid Laser Based on GaSb/GaInAsSb Quantum-Wells and a Low-Loss Si3N4 Photonic Integrated Circuit”，作者Samu-Pekka Ojanen, Jukka Viheri?l?, Nouman Zia, Eero Koivusalo, Joonas Hilska, Heidi Tuorila, Mircea Guina. 原文鏈接請在瀏覽器中打開：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202201028

  “使用氮化硅波導(dǎo)平臺制造的光子集成光路在從可見光延伸到2微米以上的寬波長區(qū)域表現(xiàn)出低損耗。利用這一特點，我們展示了一個高性能的集成激光器，在2.6微米的波長區(qū)域附近表現(xiàn)出廣泛的波長可調(diào)性。該激光器是基于一個氮化硅光子集成光路，包含一個可調(diào)諧的反射器和一個AlGaInAsSb/GaSb量子阱增益元件。我們展示了該激光器170納米（2474-2644納米）的波長調(diào)諧范圍和室溫下最大功率為6.4毫瓦的單模連續(xù)工作，這是有史以來基于光集成芯片的可調(diào)諧激光器所報道的超過2.1微米的最高連續(xù)輸出功率和超過1.7微米的最寬調(diào)諧范圍。該性能是通過利用在氮化硅中實現(xiàn)的幾個基本構(gòu)件來實現(xiàn)的，即低損耗的Y型支管，倒錐，和一個自由光譜范圍≈160納米的雙環(huán)諧振器。此外，使用LIGENTEC氮化硅波導(dǎo)探索了波長覆蓋的極限，并表明該平臺支持低傳播損耗至3.5微米。最后，我們分析了在氮化硅和GaSb波導(dǎo)之間實現(xiàn)改進的模式匹配的可能性，可以進一步提高這種混合激光平臺的性能，并支持波長擴展到3微米以上?！?

  本文首次展示了2.6微米波長區(qū)域的Si3N4-GaSb混合激光器，它利用兩個熱可調(diào)微環(huán)諧振腔MRR之間的游標效應(yīng)作為波長過濾和調(diào)諧機制。混合激光器的工作電壓為1.7V，注入電流為300mA，這表明基于GaSb的集成平臺適合于低功耗的應(yīng)用，如可穿戴式傳感器。

  圖1. 本工作中展示的具有寬波長可調(diào)性的GaSb/Si3N4混合激光器的示意圖。該混合激光器包括一個基于GaSb的反射式半導(dǎo)體光放大器（RSOA），在2.47-2.64微米的波長區(qū)域提供增益。RSOA的p面朝下粘接在一個AlN子座上，并與一個氮化硅芯片邊緣耦合，它由一個電阻可調(diào)的雙環(huán)諧振器組成。該光路有一個移相器，允許PIC與RSOA進行相位匹配。RSOA和PIC的表面有抗反射（AR）涂層，以減少寄生反射并最大限度地提高傳輸。

  圖2. a）Si3N4 1.65微米×0.8微米波導(dǎo)的二維基本TE模場圖示以及b）螺旋波導(dǎo)的損耗與螺旋長度的關(guān)系圖。

  圖3. 氮化硅芯片光路示意圖。紅線代表氮化硅波導(dǎo)，黃色區(qū)域代表電阻式加熱移相器。

  圖4. a）優(yōu)化的Y型支路結(jié)構(gòu)，b）插入損耗和Y型支路數(shù)量的關(guān)系圖。

  圖5. 在室溫下注入325毫安電流，混合激光器輸出功率與波長的關(guān)系。

  Reference:“Widely Tunable (2.47–2.64 μm) Hybrid Laser Based on GaSb/GaInAsSb Quantum-Wells and a Low-Loss Si3N4 Photonic Integrated Circuit”, Samu-Pekka Ojanen, Jukka Viheri?l?, Nouman Zia, Eero Koivusalo, Joonas Hilska, Heidi Tuorila, Mircea Guina. Laser and Photonics Reviews, 2023.原文鏈接：

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202201028