新型銻基材料可飽和吸收鏡

在光纖激光器中的應用研究

——“通信原理”系列講座

孫曉嵐上海大學通信與信息工程學院2009.6新型銻基材料可飽和吸收鏡

在光纖激光器中的應用研究

——“通1研究領域功能化納米軟材料高分子化學納米復合材料半導體量子阱

納米光學半導體量子阱集成光電子學新型光電子器件、光纖器件1.結合半導體材料與納米光學的前沿熱點2.研究集成光電子學和新型光電子、光纖器件領域具有普遍意義的基本科學問題3.發展具有自主知識產權的新興科技研究領域功能化納米高分子化學納米復合材料半導體量子阱納米研究基礎-1研究GaAsSb多層量子阱的光學性質，發展出一系列不同As含量的材料。(1)該系列材料在室溫下能夠被激發出波長在1.5微米附近的激光，并且與高質量的AlGaSb/AlSb布拉格反射鏡單片集成，應用于垂直腔面發射激光器（VCSELs）；(2)實驗表明，隨著As含量的增加，光致熒光強度明顯增強，顯示出該系列材料在光子器件方面有著廣闊的應用前景；(3)此外，細微調節As的含量和勢阱寬度，能夠實現在1480-1540

nm波段具有高輻射效率的材料。這一研究成果發表在AppliedPhysicsLetters。“EnhancedphotoluminescenceofGaAsSbQWs”,AlanR.Kost*,XiaolanSun,NasserPeyghambarian,NayerEradat,EspenSelvig,Bjorn-OveFimland,andDavidH.Chow,AppliedPhysicsLetters,85,5631(2004).(影響引子3.98)研究基礎-1研究GaAsSb多層量子阱的光學性質，發展出一系

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

0.00

0%As

Sb1690

9.1%As

GaAsSb/AlSb

QuantumWells

15.1%As

18.8%As

31%As

Sb1704

Sb1707

Sb1720

Sb1682

PLIntensity(a.u.)

Wavelength(mm)

1.21.31.41.51.61.7研究基礎-2深入探索GaAsSb多層量子阱在光子集成領域的應用。由離子注入產生的量子混雜的半導體禁帶寬度修飾是實現光子集成的有效方式。利用量子阱混雜來空間選擇性的控制多層量子阱的光學性質。(1)實現最大可至198納米的禁帶藍移，這在文章發表當時是已知世界范圍內最大的禁帶藍移；(2)一般來說，注入離子的樣品的光致命熒光強度隨著退火溫度的升高而增強；(3)禁帶藍移是由III族和V族元素相互擴散共同導致的。這一研究結果發表在AppliedPhysicsLetters。“LargeblueshiftofthebandgapofGaAsSb/AlSbmultiplequantumwells(MQWs)withionimplantation”,XiaolanSun,NasserPeyghambarian,AlanR.Kost*andNayerEradat,AppliedPhysicsLetters,86,3665(2005).(影響引子3.98)研究基礎-2深入探索GaAsSb多層量子阱在光子集成領域的應深入探索GaAsSb多層量子阱在光子集成領域的應用由離子注入課件研究基礎-3GaAsSb多層量子阱的亞皮秒量級的自旋弛豫時間使得該材料成為全光開關器件的理想材料。該材料有可能實現中心波長在1.5m的、開關速度小于250

fs的全光偏振開關。提出把GaAsSb多層量子阱應用到半導體光學放大器的構想。完成了應用在半導體光學放大器中的四波混頻的數值模擬計算，完成了線偏光和圓偏光的實驗，并且得到了與理論計算一致的實驗數據。這一研究成果的相關論文正在撰寫中。研究基礎-3GaAsSb多層量子阱的亞皮秒量級的自旋弛豫時間研究基礎-4進入上海大學后，主要從事納米半導體摻雜光纖制備關鍵技術及放大特性研究。基于原子層沉積技術（ALD）以納米半導體作為摻雜源研究不同基質材料光纖中納米半導體的形成機理、光輻射特性及制備關鍵技術，實現納米摻雜重點解決現有放大光纖技術中存在的放大光譜帶寬窄、摻雜不均勻以及摻雜濃度低等問題。MCVD沉積疏松體ALD半導體原子層沉積基管塌縮實現均勻摻雜研究基礎-4進入上海大學后，主要從事納米半導體摻雜光纖制備關發表論文1．“LargeblueshiftofthebandgapofGaAsSb/AlSbmultiplequantumwells(MQWs)withionimplantation”,XiaolanSun,NasserPeyghambarian,AlanR.Kost*andNayerEradat,AppliedPhysicsLetters,86,3665(2005).(影響引子3.98)2．“EnhancedphotoluminescenceofGaAsSbQWs”,AlanR.Kost*,XiaolanSun,NasserPeyghambarian,NayerEradat,EspenSelvig,Bjorn-OveFimland,andDavidH.Chow,AppliedPhysicsLetters,85,5631(2004).(影響引子3.98)3．“Largeblueshiftsinbandgapsofantimonide-basedmultiplequantum-wellsbasedonionimplantation”,XiaolanSun,NayerEradat,ChiaHungChen,AlanR.Kost,AnnualConferenceofOpticalSocietyofAmerica;FrontiersinOptics,Tucson,Arizona(2003).4. “GaAsSbquantumwellsforoptoelectronicsandintegratedoptics”,AlanR.Kost,NayerEradat,XiaolanSun,EspenSelvig,Bjorn-OveFimland,AnnualConferenceofOpticalSocietyofAmerica;FrontiersinOptics,Tucson,Arizona(2003).發表論文1．“Largeblueshiftofthe“通信原理”系列講座新型銻基材料可飽和吸收鏡在光纖激光器中的應用研究

性能穩定全光架構結構簡單基于SESAM被動鎖模的光纖激光器，可實現連續鎖模脈沖輸出EDFACouplerCirculatorSESAMPolarizationController

基于SESAM的被動鎖模光纖環形激光器的結構示意圖“通信原理”系列講座新型銻基材料可飽和吸收鏡性能穩定全光架構應用于1.5微米器件的常規InGaAsP

半導體材料GaAsInPLATTICECONSTANTINANGSTROMS0.51.01.52.05.65.75.85.96.06.16.2BANDGAPWAVELENGTH(MICRONS)InAs2.53.03.5In0.53Ga0.47AsIn0.61Ga0.39As0.84P0.16InGaAsSubstrateIn1-xGaxAsyP1-y禁帶寬度在1.5m當x0.39并且y0.84具有與InP相同的晶格常數，當x=0.1894y/(0.4184-0.013y)應用于1.5微米器件的常規InGaAsP

半導體材料GaGaSb基底上的布拉格反射鏡優勢nhigh-nlow~0.8(相對較高)挑戰找到具備同時生長條件的1.5m半導體材料BraggMirrorAlGaSb

nhighAlSbnlowAlGaSb

nhighAlSbnlowAlGaSbnhighAlSbnlowGaSbSubstrateGaSb基底上的布拉格反射鏡優勢BraggAlGaSbnh應用于1.5微米器件的GaSb材料GaAsLATTICECONSTANTINANGSTROMS0.51.01.52.05.65.75.85.96.06.16.2BANDGAPWAVELENGTH(MICRONS)2.53.03.5SubstrateAlSbGaSbAlGaSbGaAsSb可選擇的半導體材料AlGaSb(近間接禁帶)GaSb量子阱(間接禁帶)GaAsSb量子阱應用于1.5微米器件的GaSb材料GaAsLATTICEC研究方案SESAM的設計及材料的生長制備進行SESAM鍍增透膜試驗

脈沖激光的表征

構建高摻鉺及高摻鐿光纖激光器實驗室系統構建基于新型銻基材料SESAM被動鎖模的普通單模光纖激光器實驗室系統研究方案SESAM的設計及材料的生長制備進行SESAM鍍增透特色與創新（1）提出用高折射率比、熱導性好的新型銻基材料挑戰InP為基底的常規材料，制備SESAM，并且該銻基材料的工作波長在1.54m附近。（2）SESAM可在GaSb基底上單晶片生長，通過單次分子外延生長實現，材料生長制備簡便易行。（3）DBRMs材料對數僅為6或10對，突破了常規材料20對、甚至30對以上才能實現所需要的反射率，大大降低了材料生長的難度，提高了器件的性能。特色與創新（1）提出用高折射率比、熱導性好的新型銻基材料挑戰新型銻基材料可飽和吸收鏡

在光纖激光器中的應用研究

——“通信原理”系列講座

孫曉嵐上海大學通信與信息工程學院2009.6新型銻基材料可飽和吸收鏡

在光纖激光器中的應用研究

——“通16研究領域功能化納米軟材料高分子化學納米復合材料半導體量子阱

納米光學半導體量子阱集成光電子學新型光電子器件、光纖器件1.結合半導體材料與納米光學的前沿熱點2.研究集成光電子學和新型光電子、光纖器件領域具有普遍意義的基本科學問題3.發展具有自主知識產權的新興科技研究領域功能化納米高分子化學納米復合材料半導體量子阱納米研究基礎-1研究GaAsSb多層量子阱的光學性質，發展出一系列不同As含量的材料。(1)該系列材料在室溫下能夠被激發出波長在1.5微米附近的激光，并且與高質量的AlGaSb/AlSb布拉格反射鏡單片集成，應用于垂直腔面發射激光器（VCSELs）；(2)實驗表明，隨著As含量的增加，光致熒光強度明顯增強，顯示出該系列材料在光子器件方面有著廣闊的應用前景；(3)此外，細微調節As的含量和勢阱寬度，能夠實現在1480-1540

nm波段具有高輻射效率的材料。這一研究成果發表在AppliedPhysicsLetters。“EnhancedphotoluminescenceofGaAsSbQWs”,AlanR.Kost*,XiaolanSun,NasserPeyghambarian,NayerEradat,EspenSelvig,Bjorn-OveFimland,andDavidH.Chow,AppliedPhysicsLetters,85,5631(2004).(影響引子3.98)研究基礎-1研究GaAsSb多層量子阱的光學性質，發展出一系

1.2

1.3

1.4

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Sb1690

9.1%As

GaAsSb/AlSb

QuantumWells

15.1%As

18.8%As

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Sb1704

Sb1707

Sb1720

Sb1682

PLIntensity(a.u.)

Wavelength(mm)

1.21.31.41.51.61.7研究基礎-2深入探索GaAsSb多層量子阱在光子集成領域的應用。由離子注入產生的量子混雜的半導體禁帶寬度修飾是實現光子集成的有效方式。利用量子阱混雜來空間選擇性的控制多層量子阱的光學性質。(1)實現最大可至198納米的禁帶藍移，這在文章發表當時是已知世界范圍內最大的禁帶藍移；(2)一般來說，注入離子的樣品的光致命熒光強度隨著退火溫度的升高而增強；(3)禁帶藍移是由III族和V族元素相互擴散共同導致的。這一研究結果發表在AppliedPhysicsLetters。“LargeblueshiftofthebandgapofGaAsSb/AlSbmultiplequantumwells(MQWs)withionimplantation”,XiaolanSun,NasserPeyghambarian,AlanR.Kost*andNayerEradat,AppliedPhysicsLetters,86,3665(2005).(影響引子3.98)研究基礎-2深入探索GaAsSb多層量子阱在光子集成領域的應深入探索GaAsSb多層量子阱在光子集成領域的應用由離子注入課件研究基礎-3GaAsSb多層量子阱的亞皮秒量級的自旋弛豫時間使得該材料成為全光開關器件的理想材料。該材料有可能實現中心波長在1.5m的、開關速度小于250

fs的全光偏振開關。提出把GaAsSb多層量子阱應用到半導體光學放大器的構想。完成了應用在半導體光學放大器中的四波混頻的數值模擬計算，完成了線偏光和圓偏光的實驗，并且得到了與理論計算一致的實驗數據。這一研究成果的相關論文正在撰寫中。研究基礎-3GaAsSb多層量子阱的亞皮秒量級的自旋弛豫時間研究基礎-4進入上海大學后，主要從事納米半導體摻雜光纖制備關鍵技術及放大特性研究。基于原子層沉積技術（ALD）以納米半導體作為摻雜源研究不同基質材料光纖中納米半導體的形成機理、光輻射特性及制備關鍵技術，實現納米摻雜重點解決現有放大光纖技術中存在的放大光譜帶寬窄、摻雜不均勻以及摻雜濃度低等問題。MCVD沉積疏松體ALD半導體原子層沉積基管塌縮實現均勻摻雜研究基礎-4進入上海大學后，主要從事納米半導體摻雜光纖制備關發表論文1．“LargeblueshiftofthebandgapofGaAsSb/AlSbmultiplequantumwells(MQWs)withionimplantation”,XiaolanSun,NasserPeyghambarian,AlanR.Kost*andNayerEradat,AppliedPhysicsLetters,86,3665(2005).(影響引子3.98)2．“EnhancedphotoluminescenceofGaAsSbQWs”,AlanR.Kost*,XiaolanSun,NasserPeyghambarian,NayerEradat,EspenSelvig,Bjorn-OveFimland,andDavidH.Chow,AppliedPhysicsLetters,85,5631(2004).(影響引子3.98)3．“Largeblueshiftsinbandgapsofantimonide-basedmultiplequantum-wellsbasedonionimplantation”,XiaolanSun,NayerEradat,ChiaHungChen,AlanR.Kost,AnnualConferenceofOpticalSocietyofAmerica;FrontiersinOptics,Tucson,Arizona(2003).4. “GaAsSbquantumwellsforoptoelectronicsandintegratedoptics”,AlanR.Kost,NayerEradat,XiaolanSun,EspenSelvig,Bjorn-OveFimland,AnnualConferenceofOpticalSocietyofAmerica;FrontiersinOptics,Tucson,Arizona(2003).發表論文1．“Largeblueshiftofthe“通信原理”系列講座新型銻基材料可飽和吸收鏡在光纖激光器中的應用研究

性能穩定全光架構結構簡單基于SESAM被動鎖模的光纖激光器，可實現連續鎖模脈沖輸出EDFACouplerCirculatorSESAMPolarizationController

基于SESAM的被動鎖模光纖環形激光器的結構示意圖“通信原理”系列講座新型銻基材料可飽和吸收鏡性能穩定全光架構應用于1.5微米器件的常規InGaAsP

半導體材料GaAsInPLATTICECONSTANTINANGSTROMS0.51.01.52.05.65.75.85.96.06.16.2BANDGAPWAVELENGTH(MICRONS)InAs2.53.03.5In0.53Ga0.47AsIn0.61Ga0.39As0.84P0.16InGaAsSubstrateIn1-xGaxAsyP1-y禁帶寬度在1.5m當x0.39并且y0.84具有與InP相同的晶格常數，當x=0.1894y/(0.4