刘舒曼 1,2,*张锦川 1,2叶小玲 1,2刘俊岐 1,2[ ... ]刘峰奇 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 半导体材料科学重点实验室,北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
基于锑化物的带间级联激光器同时具有带间跃迁的高增益和级联结构的高量子效率,是中红外波段重要的相干光源,其功耗低于其它中红外半导体激光器,因而单模带间级联激光器在基于激光吸收光谱技术的高分辨气体检测和化学传感等领域具有很大的优势。目前利用Bragg光栅实现波长选择的单模分布反馈带间级联激光器已经实现商品化,但是,与同样有源区结构的Fabry-Pérot腔带间级联激光器最高600 mW的出光功率相比,单模功率最高55 mW,损耗较大。对几种不同结构的分布反馈带间级联激光器的性能进行对比分析,探讨这类单模中红外激光器损耗的主要来源以及改进思路。此外,介绍了垂直腔面发射和光子晶体带间级联激光器的进展,并与分布反馈带间级联激光器的性能进行比较,讨论其优缺点及适用的场景。
中红外 单模 带间级联激光器 分布反馈 面发射激光器 Mid-infrared Single-mode Interband cascade lasers Distributed feedback Vertical emitting lasers 
光子学报
2023, 52(10): 1052403
张静 1刘海成 1,*付秀华 1,2王升耆 3[ ... ]李刚 5
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学中山研究院,广东 中山 528436
3 光驰科技(上海)有限公司,上海 200444
4 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
5 云南北方光学科技有限公司,云南 昆明 650216
为了满足5G光通信对细波分复用(LWDM)窄带滤光膜的要求,笔者采用电子束与离子辅助沉积技术,在K9基底上镀制了高质量光通信滤光膜。提出了一种高精度调试膜厚均匀性与光谱一致性的方法,该方法通过对特殊膜系镀膜结果进行反演分析,能快速分析出Ta2O5和SiO2两种材料光学厚度的误差,根据分析结果调节修正板,可以有效解决光学厚度匹配的问题,改善窄带滤光膜光谱。在镀制过程中采用光学直接监控法监控膜厚,对基板的实时光量值曲线进行拟合,根据拟合结果监控膜层厚度,同时采用晶控平均厚度法对耦合层与非规整膜层进行监控,提高了监控精度。最终制备的滤光膜在-0.2 dB处的带宽为4.1 nm,通带内最大插入损耗为0.14 dB,通带波纹为0.04 dB,-27 dB处带宽为6.0 nm,满足细波分复用窄带滤光膜的技术要求。
光通信 细波分复用 光学直接监控法 晶控平均厚度法 通带波纹 
中国激光
2023, 50(19): 1903101
作者单位
摘要
1 长春理工大学 光电工程学院,长春 130022
2 长春理工大学中山研究院,中山 528436
3 吉林省教育学院 德育·综合教研培训部,长春 130022
4 光驰科技(上海)有限公司,上海 200444
可见光高透射近红外高截止滤光片采用大口径超薄尺寸的玻璃作为基板,在两面同时沉积制备而成,因此对薄膜均匀性及成膜后基板面型有着较高的要求。以Nb/Si作为薄膜靶材,采用反应溅射镀膜的方法,从靶材磁场强度分布、公-自转系统、基板夹具遮挡角度三个方面分析膜厚均匀性的差异,采用对称膜系结构,实现红外截止滤光片上下表面薄膜应力平衡。最终制备的薄膜均匀性在300 mm范围内达到0.13%,基板翘曲度为0.085 mm,满足使用需求。
光学薄膜 磁控溅射 膜厚均匀性 大口径超薄基板 红外截止滤光片 Optical thin films Magnetron sputtering Film thickness uniformity Large diameter ultra-thin substrate IR-cut filter 
光子学报
2023, 52(6): 0631001
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学中山研究院,广东 中山 528436
3 北京空间机电研究所,北京 100094
在微光夜视与红外成像融合的光学系统中,光通过55°放置的分光镜分成两束光,其中反射光被微光探测器接收进行微光夜视成像,透射光被红外探测器接收进行红外成像,通过图像融合技术来提高系统的成像分辨率。针对分光镜的参数要求,笔者选用Ge、ZnS和YbF3作为沉积材料,采用离子源辅助沉积技术在多光谱ZnS基底上制备了0.6~0.9 μm波段高反、3.7~4.8 μm波段高透的分光膜。通过对膜系结构的优化以及沉积工艺参数的调整,解决了膜层牢固度和面形精度等问题,实现了0.6~0.9 μm波段反射率为90.77%、3.7~4.8 μm波段透射率为91.15%的分光指标。附着力测试、摩擦力测试、高低温测试、恒温恒湿测试结果显示所制备的双面膜可以满足使用要求,但该膜的短波反射率和长波透过率仍有一定的提升空间。
光学器件 分光镜 微光夜视 中波红外成像 面形精度 
中国激光
2023, 50(14): 1403101
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing Key Laboratory of Low Dimensional Semiconductor Materials and Devices, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Division of Quantum Materials and Devices, Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Beijing 100193, China
We demonstrated an electrically pumped InP-based microcavity laser operating in continuous-wave mode. The active region is designed with antimony surfactants to enhance the gain at 2 μm, and a selective electrical isolation scheme is used to secure continuous-wave operation for the microcavity laser at room temperature. The lasers were fabricated as a notched elliptical resonator, resulting in a highly unidirectional far-field profile with an in-plane beam divergence of less than 2°. Single-mode emission was obtained over the entire dynamic range, and the laser frequencies were tuned linearly with the pumping current. Overall, these directional lasers pave the way for portable and highly integrated on-chip sensing applications.
whispering-gallery mode continuous-wave operation electrical isolation directional emission 
Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041405
Yanjiao Guan 1,2Ruixuan Sun 1,2Ning Zhuo 1,*Xiyu Lu 1,2[ ... ]Fengqi Liu 1,2,3
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing Key Laboratory of Low Dimensional Semiconductor Materials and Devices, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Beijing 100193, China
We report on the design and fabrication of a dual-wavelength switchable quantum cascade laser (QCL) by optimizing the design of a homogeneous active region and combining superposed distributed feedback gratings. Coaxial, single-mode emissions at two different wavelengths were achieved only through adjusting the bias voltage. Room temperature continuous-wave operation with output powers of above 30 mW and 75 mW was realized for single-mode emission at 7.61 µm and 7.06 µm, respectively. The simplified fabrication process and easy wavelength control of our designed dual-wavelength QCL make it very attractive for developing miniature multi-species gas sensing systems.
quantum cascade laser dual-wavelength mid-infrared 
Chinese Optics Letters
2023, 21(1): 011408
孙永强 1,2费腾 1,2黎昆 1,2郭凯 1[ ... ]王占国 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室,北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院,北京 100049
基于金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术实现了室温连续(CW)输出功率达到瓦级的中波红外量子级联激光器(QCL)。通过MOCVD生长条件优化,实现了高界面质量双声子共振结构材料生长,制备出室温CW功率最高为1.21 W的4.6 μm QCL。具体研究了基于生长的30和40级有源区材料所制备器件的性能,探究了不同级数对器件性能的影响。相比于30级有源区器件,40级有源区器件单位面积等效输出功率没有明显提升,但器件性能随温度的升高迅速下降,这归因于更加显著的热积累效应和外延材料变厚导致的质量恶化。因此,在通过增加有源区级数提升器件功率时,需要充分考虑有源级数、热积累和材料生长质量等因素之间的平衡。MOCVD是半导体材料产业界普遍采用的技术,本研究工作对于提升QCL材料制备效率、推进QCL技术产业化应用具有重要意义。
激光器 中红外 量子级联激光器 金属有机物化学气相沉积 高功率 连续输出 
光学学报
2022, 42(22): 2214002
宁超 1,2孙瑞轩 1,2于天 1,2刘舒曼 1,2,*[ ... ]刘峰奇 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 半导体材料科学重点实验室,北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
3 北京量子信息科学研究院,北京 100193
带间级联激光器有源区内部的物理机制复杂,尚未得到充分研究。优化了电子注入区结构,通过减小InAs/AlSb啁啾超晶格中InAs量子阱的厚度促进电子向光增益区的注入,在较低的电子注入区掺杂浓度下满足了光增益区电子数和空穴数基本相等的注入平衡条件,降低了有源区中自由载流子吸收和杂质散射造成的光损耗。采用该有源区结构的带间级联激光器实现了较好的室温激射性能,腔长4 mm、脊宽20 μm且腔面未镀膜器件的阈值电流为200 mA,单腔面出光功率为55 mW。通过分析2~5 mm不同腔长器件的电压-电流-光功率性能,得到器件的波导损耗仅为3 cm-1,有源区载流子寿命为0.7 ns。
半导体激光器 中红外 分子束外延 带间级联激光器 量子阱 锑化物 Semiconductor laser Midinfrared Molecular beam epitaxy Interband cascade laser Quantum well Antimonide 
光子学报
2022, 51(2): 0251208
Chao Ning 1,2Tian Yu 1,2Shuman Liu 1,2,*Jinchuan Zhang 1,2[ ... ]Fengqi Liu 1,2,3
Author Affiliations
Abstract
1 Beijing Key Laboratory of Low Dimensional Semiconductor Materials and Devices, Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Opto-Electronic Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Beijing Academy of Quantum Information Sciences, Beijing 100193, China
We demonstrate GaSb-based interband cascade lasers (ICLs) emitting around 3.65 µm, which exhibit a room-temperature continuous-wave (CW) output power above 100 mW. Cavity-length analysis showed that the laser structure has a low internal loss of 3 cm-1 while maintaining a total internal quantum efficiency greater than one. After 6400 h CW operation at 25°C, the threshold current of the laser increased by 3%, and the output power decreased by 7%, indicating good reliability of the device.
interband cascade lasers quantum well mid-infrared semiconductor lasers 
Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 022501
刘舒曼 1,2,*刘俊岐 1,2翟慎强 1,2卓宁 1,2[ ... ]刘峰奇 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所 半导体材料科学重点实验室,北京 100083
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心,北京 100049
3 北京量子信息科学研究院,北京 100193
量子级联探测器是一种光伏型的子带间跃迁红外探测器,通过厚度渐变的啁啾量子阱中台阶状的子带分布,产生内建电场,使得有源区中的光生载流子定向输运,器件工作时无需外加偏压,避免了暗电流噪声的产生,能够实现室温长波红外响应。由于子带间跃迁吸收系数小、具有偏振选择性,量子级联探测器目前存在响应率低、对正入射响应无响应、探测率对温度敏感等问题。针对这些问题,本文介绍三种新型量子级联探测器有源区的设计,包括量子点/阱耦合、束缚-微带斜跃迁和小能量台阶有源区,在中波、长波和甚长波波段展现出优良的器件性能。
红外探测器 量子级联探测器 光子探测器性能 电子能级 能带 量子效应 Infrared detector Quantum cascade detector Photon detector performance Electronic energy level Energy band Quantum effect 
光子学报
2021, 50(10): 1004004

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