单片半导体激光器 | Nature

在激光器中，光谱发射调控取决于光学谐振腔的物理尺寸，从而限制在一组特定频率的离散腔模。在不改变光学腔的情况下，这会导致可获得的激光发射光谱中存在显著的空隙，并且重复频率固定，从而限制了光谱或时间域具有较高可调谐性。

近日，瑞士 苏黎世理工学院Urban Senica，Giacomo Scalari等在Nature上发文，报道了一种单片半导体激光器，利用微波驱动信号，沿整个激光腔体诱导时空增益调制，产生了具有连续可调群速度的腔内锁模脉冲，从而克服了这一基本极限。在输出端，频域上产生具有连续可调模式间距的频率梳，时域上产生了具有连续可调重复频率的相干脉冲串。

研究成果，有助于可调的芯片级激光器和频率梳，这将有利于从基础研究到高分辨率光谱和双光梳光谱等应用领域。

图1：工作原理。

图2：器件几何结构与基本特性。

图3：光谱与时域测量及数值模拟结果。

图4：光腔内波形动力学模拟。

图5：吸收光谱。

采用平面化波导结构，将GaAs/AlGaAs量子级联活性层嵌入低损耗聚合物BCB中，夹层金属结构同时实现光场与微波场的垂直限制。通过优化波导宽度（40 μm）与顶部金属化宽度（300 μm），实现了微波与太赫兹波的低损耗共传输。这突破了传统激光器对腔体几何尺寸依赖，证明了在单片结构中，可通过外场调控实现光群速度的大范围连续调节，为半导体激光器的材料设计提供了新范式：即通过调控微波-光场耦合而非改变腔体尺寸来调控输出特性。

参考文献： 中国光学期刊网

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