【技術實現步驟摘要】
本專利技術特別涉及一種片上集成激光源及其制備方法，屬于激光源。
技術介紹
1、社會正處于高速發展的信息時代，在大數據、5g網絡、人工智能、物聯網和云計算等新興產業的沖擊下，當前集成光電子器件的信號處理速度、系統功耗和信號傳輸帶寬等都面臨前所未有的挑戰。相對于傳統的電信系統，具有傳輸速度快、帶寬大、無電磁干擾、功耗低及保密性高的全光信號處理在如今高速光通信時代備受人們青睞。因此亟需研制新一代集成度高、功耗低可進行高效全光操作的光子集成芯片，近年來基于全光操縱的硅基光電子學得以蓬勃發展。目前硅基光學元件中如光波導、濾波器和多路復用器等無源器件以及高速光調制器、光開關、光電探測器等有源器件在新一代光通信技術中被廣泛關注。然而其中硅基片上光源緩慢的發展腳步阻礙了硅基光子器件的大規模片上系統集成，一直以來都是硅基片上集成光子器件在通信系統中的重大挑戰。由于硅是一種間接帶隙半導體材料，電子-空穴復合必須由聲子發射或吸收以保持動量，使得輻射載流子復合比非輻射載流子復合的可能性要小很多，因此發光效率較低。此外，硅的帶隙是1.1ev，通過載流子復合發射的光也被限制在＜1.1μm的波長內，這低于低損耗硅光子微系統可兼容的波長。顯然基于硅材料直接開發片上光源存在很大的局限性。
2、基于摻鉺光學微腔產生的片上激光源在拓展硅基光源方面顯示出重大的應用前景。主要工作原理是：在薄膜材料中摻雜鉺元素，在外接泵浦激光時實現鉺離子的粒子數反轉，受激輻射發出1.53μm波長附近的光，經過微腔諧振增強作用之后，最終可產生激光性能。產生的激光波長對應于光纖通
3、目前，基于稀土離子摻雜實現片上激光的材料平臺主要有氧化鋁、氧化碲和鈮酸鋰等。然而，現有的片上激光源依然存在不足之處：1)稀土離子摻雜濃度低，不利于獲得高增益的波導器件；2)波導傳輸損耗還相對較高；3)產生激光的泵浦功耗高、輸出功率低等。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種片上集成激光源及其制備方法，從而克服現有技術中的不足。
2、為實現前述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案包括：
3、本專利技術實施例的第一個方面提供了一種片上集成激光源，其包括：增益介質層以及設置在所述增益介質層上的光場限制層，所述光場限制層包括諧振器、耦合波導、泵浦光輸入結構和片上激光輸出結構，所述耦合波導沿第一方向延伸，所述泵浦光輸入結構、所述片上激光輸出結構沿所述第一方向分別設置在所述耦合波導的兩端且與所述耦合波導連接，所述耦合波導沿第二方向間隔設置在所述諧振器的一側，其中，所述增益介質層的材質為摻雜稀土離子的氧化鉭，所述光場限制層的材質為未摻雜的氧化鉭，所述第一方向和第二方向交叉。
4、本專利技術實施例的第二個方面提供了所述片上集成激光源的制備方法，其包括：
5、提供摻雜有稀土離子的氧化鉭薄膜作為增益介質層；
6、在摻雜有稀土離子的氧化鉭薄膜上形成未摻雜的氧化鉭薄膜，將所述氧化鉭薄膜加工形成所述諧振器和所述耦合波導。
7、與現有技術相比，本專利技術的優點包括：
8、1)本專利技術采用ta2o5作為鉺離子摻雜的母體材料，憑借著其低的薄膜缺陷和本征損耗、直徑較大的ta原子有助于降低鉺離子的團簇和提高發光效率，而且，該材料本身具有低于硅兩個量級的熱光系數，有利于獲得高增益片上集成光源的同時提高其穩定性。
9、2)本專利技術基于歐拉彎曲的原理研制微環諧振腔結構，不僅解決了稀土摻雜薄膜直接刻蝕損耗高的問題，并且，在寬波導中既可以抑制高階模式之間串擾，又可以獲得高效單模傳輸的微環諧振器，有助于獲得低泵浦閾值的片上集成激光源。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種片上集成激光源，其特征在于，包括：增益介質層以及設置在所述增益介質層上的光場限制層，所述光場限制層包括諧振器、耦合波導、泵浦光輸入結構和片上激光輸出結構，所述耦合波導沿第一方向延伸，所述泵浦光輸入結構、所述片上激光輸出結構分別設置在所述耦合波導的兩端且與所述耦合波導連接，所述耦合波導沿第二方向間隔設置在所述諧振器的一側，其中，所述增益介質層的材質為摻雜稀土離子的氧化鉭，所述光場限制層的材質為未摻雜的氧化鉭，所述第一方向和第二方向交叉。
2.根據權利要求1所述片上集成激光源，其特征在于：所述摻雜稀土離子的氧化鉭材料中的稀土離子的摻雜濃度為(2～6)×1020ions/cm3；
3.根據權利要求1所述片上集成激光源，其特征在于：所述耦合波導和所述諧振器于所述第二方向上的耦合間距W3滿足|t2|+|kc2|＝1，其中，t表示耦合波導中的透射系數，kc表示耦合波導和諧振器之間的耦合系數。
4.根據權利要求3所述片上集成激光源，其特征在于：所述耦合波導和所述諧振器于所述第二方向上的耦合間距W3為500nm～900nm。
5.根據權利要
6.根據權利要求5所述片上集成激光源，其特征在于：所述歐拉微環波導的最大曲率半徑Rmax為500μm～1000μm，最小曲率半徑Rmin為20μm～100μm。
7.根據權利要求5所述片上集成激光源，其特征在于：所述耦合波導的寬度W1為2μm～4μm，所述歐拉微環波導的寬度W2為2μm～4μm；
8.根據權利要求1所述片上集成激光源，其特征在于：所述泵浦光輸入結構和所述片上激光輸出結構均為錐形波導結構；
9.根據權利要求1所述片上集成激光源，其特征在于：所述增益介質層的厚度為0.5μm～1μm；
10.如權利要求1-9中任一項所述片上集成激光源的制備方法，其特征在于：
...【技術特征摘要】
1.一種片上集成激光源，其特征在于，包括：增益介質層以及設置在所述增益介質層上的光場限制層，所述光場限制層包括諧振器、耦合波導、泵浦光輸入結構和片上激光輸出結構，所述耦合波導沿第一方向延伸，所述泵浦光輸入結構、所述片上激光輸出結構分別設置在所述耦合波導的兩端且與所述耦合波導連接，所述耦合波導沿第二方向間隔設置在所述諧振器的一側，其中，所述增益介質層的材質為摻雜稀土離子的氧化鉭，所述光場限制層的材質為未摻雜的氧化鉭，所述第一方向和第二方向交叉。
2.根據權利要求1所述片上集成激光源，其特征在于：所述摻雜稀土離子的氧化鉭材料中的稀土離子的摻雜濃度為(2～6)×1020ions/cm3；
3.根據權利要求1所述片上集成激光源，其特征在于：所述耦合波導和所述諧振器于所述第二方向上的耦合間距w3滿足|t2|+|kc2|＝1，其中，t表示耦合波導中的透射系數，kc表示耦合波導和諧振器之間的耦合系數。
4.根據權利要求3所述片上集成激光源，其特征在于：所述耦合波導和所述諧振器于所述第二方向上的耦合間距w3為500nm～900nm。<...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊振，林雨，曾中明，韓鶴彬，
申請(專利權)人：中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。