隨著通信行業(yè)的快速擴(kuò)張以及光互聯(lián)、片上實(shí)驗(yàn)室等技術(shù)的發(fā)展,人們對激光器等器件集成化、小型化的需求日益增長。半導(dǎo)體納米線激光器由于其獨(dú)特的一維結(jié)構(gòu)與靈活的帶隙調(diào)控性能等特點(diǎn),在微納激光器領(lǐng)域受到廣泛研究。實(shí)現(xiàn)單模輸出的半導(dǎo)體納米線激光器,對光互聯(lián)、傳感、光譜學(xué)以及干涉測量等領(lǐng)域具有重要意義。綜述了單模半導(dǎo)體納米線激光器的基本技術(shù)與研究進(jìn)展。介紹了半導(dǎo)體納米線激光器的常用材料,并利用圓介質(zhì)波導(dǎo)模型分析了其基本模式特性,詳細(xì)闡述了半導(dǎo)體納米線實(shí)現(xiàn)單模激光輸出的主要方法以及發(fā)展現(xiàn)狀,并對各方案面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié)。 

【文章來源】：中國激光. 2020,47(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：16 頁

【部分圖文】：

半導(dǎo)體納米線折射率剖面示意圖

之前對橫模的描述主要是基于無反射或者無限長介質(zhì)波導(dǎo)進(jìn)行分析的。而在有限長度的納米線諧振腔中,根據(jù)諧振條件,對于每一種橫模,都將存在一組離散頻率的縱模。與主要描述空間特性的橫模不同,縱模主要描述的是模式的頻率特性,包括相鄰模式間的頻率間隔(自由光譜范圍,FSR)和每個縱模譜線的精細(xì)程度(固有線寬)。前者主要由介質(zhì)材料群折射率ng以及腔長L決定,即ΔνFSR=c/(2ngL),c為光速;后者則取決于激光腔Q值(腔內(nèi)存儲的能量除以每個周期的能量損耗),Q值越高,縱模線寬越窄,并且閾值也越低。對于F-P腔,由于其端面較低的反射率,腔的Q值一般僅有幾十,采用環(huán)形腔[50,58]或光子晶體腔[43]可以有效地避免端面損耗的問題,將Q值提升到1000以上。3 單模激光器的實(shí)現(xiàn)方法

表1 單模半導(dǎo)體納米線激光器Table 1 Single-mode semiconductor nanowire lasers Single-modestrategy Material Cavity length/μm Threshold Wavelength/nm Linewidth/nm SMSR/dB Short cavity[61] GaN 4.7 231 kW·cm-2 371 0.12 18 Short cavity[62] (Al)GaAs 6 207 μJ·cm-2 883 1.8 - Short cavity[51] (Al)GaAs 4--6 90 nJ@868.62 nm 852--882 1.8@868.62 nm - Short cavity[46] CdSSe 14 ～10 kW·cm-2 650 - 14 Short cavity[63] CdSe 5 18 μJ·cm-2 712 0.18 - Short cavity[70] InGaAs/InGaP ～3.5 100 μJ·cm-2 1100 1.9 - Short cavity[71] InGaAs/InGaP ～3.2 95 μJ·cm-2@1320 nm 1150--1470 2.8 13@1320 nm Coupled cavity[26] CdSe Total length: 75 34.4 μJ·cm-2 738 0.10 11.3 Coupled cavity[65] CdSe 89 (cavity 1)80 (cavity 2) 120 μJ·cm-2 734 0.11 11.6 Coupled cavity[54] GaN 7.6 (cavity 1)8.0 (cavity 1) 874 kW·cm-2 370 0.14 15.6 Coupled cavity[24] GaN 3.86 (cavity 1)5.14 (cavity 2) - 368 0.6 - Coupled Cavity[66] GaAsSb 10 6 kW·cm-2(75 μJ·cm-2)@950 nm 890--990 0.76@950 nm - DFB[67] GaN 5 ～300 kW·cm-2 369 - 17 Pump point[68] GaN 34.2 40 kW·cm-2 375 - - DBR/pump point[69] GaN 45 ～8000 kW·cm-2@370 nm 369375 0.50.8 8.5@370 nm Mode-dependent loss[53] GaN 5.3 276 kW·cm-2 369 0.12 17.4然而,單純地縮短腔長往往會由于增益長度減少而引入其他問題。對于長度為d的納米線諧振腔而言,其腔內(nèi)總損耗系數(shù)可表示為

【參考文獻(xiàn)】：
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