本發(fā)明屬于激光器，具體涉及一種基于對(duì)稱破缺連續(xù)域束縛態(tài)的單向輻射激光器。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的基于bic的激光器，為了提高有源層的能量利用效率，往往直接在量子阱鄰層刻蝕形成光子晶體，因而在有源層引入材料缺陷，同時(shí)增加了器件的加工難度，限制了激光器的使用壽命和性能，嚴(yán)重阻礙了基于光子晶體板的高性能激光器的工業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模使用；同時(shí)基于光子晶體的激光器存在品質(zhì)因子與輸出功率的取舍，因此很難實(shí)現(xiàn)高q且輸出功率可觀的激光器。

2、為解決此問(wèn)題，可以利用bic相關(guān)理論指導(dǎo)光子晶體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。不同于傳統(tǒng)的基于二維光子晶體板設(shè)計(jì)的激光器，本發(fā)明定義包括有源區(qū)和介質(zhì)層和反射器的整體作為光子晶體，分析其能帶和對(duì)稱性質(zhì)。通過(guò)引入面外對(duì)稱性，調(diào)整光子晶體整體的內(nèi)部光耦合，在其光子帶結(jié)構(gòu)的奇異點(diǎn)(γ、m等)處實(shí)現(xiàn)二維駐波的激光振蕩，從而在大面積范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)增益和單模振蕩，同時(shí)避免了有源層的暴露和刻蝕，提高器件穩(wěn)定性、延長(zhǎng)了器件的使用壽命。相較于垂直腔表面發(fā)射激光器(vesel)，該結(jié)構(gòu)無(wú)需上下兩層dbr就能夠?qū)崿F(xiàn)單向輻射，可以顯著降低器件整體電阻和電泵浦過(guò)程中的熱損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于對(duì)稱破缺連續(xù)域束縛態(tài)的單向輻射激光器，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于對(duì)稱破缺連續(xù)域束縛態(tài)的單向輻射激光器，包括：

4、單層介質(zhì)層，所述單層介質(zhì)層由光子晶體板組成，且所述光子晶體板上設(shè)置有面內(nèi)的二維周期性結(jié)構(gòu)，由具備c4v對(duì)稱性的圓形空氣柱作為單胞結(jié)構(gòu)；

5、有源層，所述有源層設(shè)置在單層介質(zhì)層下方，且所述有源層包括量子阱和覆蓋在量子阱兩側(cè)的包層；

6、分布式布拉格反射器，所述分布式布拉格反射器設(shè)置在有源層下方；

7、gaas層，所述gaas層設(shè)置在分布式布拉格反射器下方。

8、優(yōu)選的，所述光子晶體板選用折射率為3.6的非晶硅材料。

9、優(yōu)選的，所述有源層選用折射率為3.4的gaas材料。

10、優(yōu)選的，所述分布式布拉格反射器由兩種折射率不同的材料交替堆疊多個(gè)周期組成，所述材料反射率為98％以上。

11、優(yōu)選的，所述分布式布拉格反射器選用材料包括gaas體系、al?gaas體系、i?np體系和gan體系。

12、優(yōu)選的，所述光子晶體板上方設(shè)置有p型電極，所述gaas層下方設(shè)置有n型電極，所述光子晶體板選用gaas基摻雜材料。

13、一種基于對(duì)稱破缺連續(xù)域束縛態(tài)的單向輻射激光器的制備方法，具體包括以下步驟：

14、s1、采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法pecvd在gaas襯底上沉積介質(zhì)層，并利用電子束曝光(ebl)技術(shù)和反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)(ri?e)實(shí)現(xiàn)介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的刻蝕，形成光子晶體板；

15、s2、采用與s1相同的方法在gaas襯底背面交替沉積多個(gè)周期的不同折射率的介質(zhì)層，形成分布式布拉格反射器，最后在分布式布拉格反射器底部設(shè)置gaas層；

16、s3、在s2結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，結(jié)合泵浦源，集成激光器；

17、s4、在s2結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在集成結(jié)構(gòu)的正面和背面分別鍍一層金屬作為p型電極和n型電極，結(jié)合泵浦源，集成激光器。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

19、本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于面外對(duì)稱性破缺的連續(xù)域束縛態(tài)(bic)結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)本征頻率的影響，實(shí)現(xiàn)單波長(zhǎng)、單模振蕩的器件性能；不同于傳統(tǒng)的基于對(duì)稱性破缺的bic激光器直接將二維光子晶體與有源層結(jié)合，該結(jié)構(gòu)將圖案化的介質(zhì)層與有源層分離，將二者和底層的dbr看為一個(gè)整體計(jì)算本征頻率和能帶，避免對(duì)有源層的加工引入不穩(wěn)定的缺陷；同時(shí)在光子晶體板的另一側(cè)設(shè)計(jì)分布式布拉格反射器控制單一輻射方向，提高激光器的輸出功率。本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，且對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)具有魯棒性。光子晶體板不僅用于調(diào)節(jié)輻射狀態(tài)，同時(shí)也與dbr構(gòu)成高q值的激光器諧振腔，無(wú)需上下兩層dbr，就可以顯著降低電阻和電泵浦過(guò)程中的熱損耗。

技術(shù)特征：

1.一種基于對(duì)稱破缺連續(xù)域束縛態(tài)的單向輻射激光器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于對(duì)稱破缺連續(xù)域束縛態(tài)的單向輻射激光器，其特征在于：所述光子晶體板(1)選用折射率為3.6的非晶硅材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于對(duì)稱破缺連續(xù)域束縛態(tài)的單向輻射激光器，其特征在于：所述有源層選用折射率為3.4的gaas材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于對(duì)稱破缺連續(xù)域束縛態(tài)的單向輻射激光器，其特征在于：所述分布式布拉格反射器(3)由兩種折射率不同的材料交替堆疊多個(gè)周期組成，所述材料反射率為98％以上。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于對(duì)稱破缺連續(xù)域束縛態(tài)的單向輻射激光器，其特征在于：所述分布式布拉格反射器(3)選用材料包括gaas體系、algaas體系、inp體系和gan體系。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于對(duì)稱破缺連續(xù)域束縛態(tài)的單向輻射激光器，其特征在于：所述光子晶體板(1)上方設(shè)置有p型電極(5)，所述gaas層(4)下方設(shè)置有n型電極(6)，所述光子晶體板(1)選用gaas基摻雜材料。

7.一種基于對(duì)稱破缺連續(xù)域束縛態(tài)的單向輻射激光器的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及激光器領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種基于對(duì)稱破缺連續(xù)域束縛態(tài)的(BI?C)單向輻射激光器；本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于面外對(duì)稱性破缺的BIC結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)本征頻率的影響，實(shí)現(xiàn)單波長(zhǎng)、單模輸出的器件性能；不同于傳統(tǒng)的基于對(duì)稱性破缺的BIC激光器直接將二維光子晶體與有源層結(jié)合，該結(jié)構(gòu)將圖案化的介質(zhì)層與有源層分離，將二者和底部的分布式布拉格反射器(DBR)看為一個(gè)整體計(jì)算本征頻率和能帶，避免對(duì)有源層的加工引入不穩(wěn)定的缺陷；同時(shí)在光子晶體板的另一側(cè)設(shè)計(jì)分布式布拉格反射器控制單一輻射方向，提高激光器的輸出功率。光子晶體板不僅用于調(diào)節(jié)輻射狀態(tài)，也與DBR構(gòu)成高質(zhì)量因子(Q)值的激光器諧振腔，可以顯著降低電阻和電泵浦過(guò)程中的熱損耗。

技術(shù)研發(fā)人員：寇君龍,周子昕,陸延青
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21