Fangyuan Meng 1,2,3Hongyan Yu 1,2,3,*Xuliang Zhou 1,2,3,**Yajie Li 1,2,3[ ... ]Jiaoqing Pan 1,2,3
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Beijing Key Laboratory of Low Dimensional Semiconductor Materials and Devices, Beijing 100083, China
4 School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China
Gas sensing for measurement of gas components, concentrations, and other parameters plays an important role in many fields. In this Letter, a micro-ring resonator laser used for gas sensing is experimentally demonstrated. The multi-quantum-wells micro-ring laser based on whispering-gallery modes with an annular resonator and an output waveguide was fabricated. A single-mode laser with a wavelength of 1746.4 nm was fabricated for the first time, to the best of our knowledge, experimentally. The output power of 1.65 mW under 40 mA injection current was obtained with a side-mode suppression ratio over 33 dB.
gas sensing whispering-gallery mode micro-ring resonator laser Chinese Optics Letters
2021, 19(4): 041406
1 华侨大学信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
2 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
提出了一种复式晶格二维石墨烯等离子激元晶体结构, 该结构由包含4个石墨烯纳米盘的原胞周期性排列组成。通过有限元法迭代求解本征频率, 得到了石墨烯等离子激元晶体的能带结构和态密度。数值仿真结果表明, 所提出的结构存在完全光子带隙, 带隙宽度可达5.7 THz, 且其位置和带宽可以通过改变石墨烯的化学势来调谐。该结构可以应用在高密度表面等离子激元集成回路和等离激元片内交叉互联技术中。
表面光学 完全带隙 有限元方法 石墨烯 表面等离子激元 态密度 激光与光电子学进展
2017, 54(5): 052401
1 中国科学院 半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了对石油气挥发性有机化合物的主要成分进行实时监测, 实现石油化工行业的安全生产, 采用激光光谱分析技术、利用宽谱光源分析了丙烷在1686.00nm~1687.00nm波段的光谱吸收特征, 获得了吸收系数随波长变化的洛伦兹线型, 其半峰半宽为0.21nm。选择中心波长为1686.30nm的分布反馈式半导体激光器作为光源, 在丙烷宽谱吸收峰范围内进行波长扫描, 得到了一次谐波信号和二次谐波信号随丙烷体积分数的变化规律, 并在丙烷的体积分数0.0050~0.0300范围内标定了二次谐波与一次谐波信号的比值与体积分数的线性关系。结果表明, 实验系统有很好的稳定性与重复性, 能够进行实时的丙烷在线检测。该研究为探测其它挥发性有机化合物气体提供了理论及实验参考。
光谱学 丙烷探测 可调谐半导体激光 近红外 挥发性有机化合物 spectroscopy propane detection tunable diode laser near infrared volatile organic compound
1 中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室, 低维半导体材料与器件北京市重点实验室, 北京 100083
2 北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室, 北京 100871
3 格拉斯哥大学物理学院, 格拉斯哥G12 8LT, 英国
采用两段式被动锁模激光器结构, 利用隧道结级联两组量子阱有源区, 实现了一种工作在近红外波段的单片集成大功率量子阱被动锁模激光器。对该锁模激光器的锁模特性进行了表征, 测试得到该锁锁模激光器工作中心波长为1038 nm, 激光脉冲重复频率为24.37 GHz, 改变激光器的工作条件, 其脉冲宽度变化范围为2.19~9.27 ps, 峰值功率变化范围为76~308 mW, 表明该锁模激光器具有单片集成、体积小、功率大、重复频率高等优良特性。同时, 在一定的反向偏压条件下, 该锁模激光器呈现出功率双稳态的特性, 扩大了有效锁模范围。
激光器 锁模激光器 半导体激光器 多量子阱 超快激光
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Science, and Beijing Key Laboratory of Low Dimensional Semiconductor Materials and Devices, Beijing 100083, China
A terahertz excitation source based on a dual-lateral-mode distributed Bragg reflector (DBR) laser working in the 1.5 μm range is experimentally demonstrated. By optimizing the width of the ridge waveguide, the fundamental and the first-order lateral modes are obtained from the laser. The mode spacing between the two modes is 9.68 nm, corresponding to a beat signal of 1.21 THz. By tuning the bias currents of the phase and DBR sections, the wavelengths of the two modes can be tuned by 2 nm, with a small strength difference (<5 dB) and a large side-mode suppression ratio (SMSR>45 dB).
140.5960 Semiconductor lasers 250.5960 Semiconductor lasers Chinese Optics Letters
2016, 14(1): 011406
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Semiconductor Materials Science and Beijing Key Laboratory of Low Dimensional Semiconductor Materials and Devices, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 Network Technology Research Institute, China United Network Communications Corporation Limited, Beijing 100048, China
An InP-based monolithically integrated few-mode transmitter aiming at the combination of wavelength division multiplexing (WDM) and mode division multiplexing (MDM) technologies is proposed. The core elements of the proposed transmitter are mode converters and a wavelength-mode division multiplexer that are all based on multimode interference (MMI) couplers. Simulations show that the wavelength-mode division multiplexer has a large fabrication tolerance of 30 and 0.5 μm for the length and the width of the device, respectively. A low loss below 0.26 dB for the passive parts of the transmitter is obtained in the whole C-band wavelength range.
250.5300 Photonic integrated circuits 060.4230 Multiplexing 060.4510 Optical communications Chinese Optics Letters
2016, 14(8): 080601
1 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区, 吉林大学电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 材料科学重点实验室, 中国科学院半导体所, 北京 100083
基于可调谐半导体激光吸收光谱技术, 研制了一种近红外乙炔气体检测系统。 通过分析近红外波段乙炔分子的吸收谱线特性, 选择了1.534 μm附近乙炔分子的吸收峰作为吸收谱线。 该系统主要由分布反馈激光器、 激光器驱动器、 单光程对射式气室、 光电探测模块及数字式锁相放大器构成。 为了测试该检测系统的性能, 配备了乙炔气体样品并开展了气体检测实验。 实验结果显示, 该系统的最小检测下限为0.02%; 在体积分数为0.02%～1%范围内, 二次谐波幅值与乙炔气体浓度呈现出良好的线性关系。 通过长达20 h的稳定性实验测试了检测系统稳定性。 鉴于近红外波段石英光纤传输损耗很小, 可以将气室及光路部分与电路部分分离, 从而可以进行远程气体检测, 这是基于量子级联激光器、 热光源的乙炔检测系统难以实现的。 该系统采用了自主研制的分布反馈激光器驱动器和锁相放大器, 结构简单, 性价比高, 便与集成, 在工业现场乙炔浓度检测方面有着良好的应用前景。
红外吸收光谱 可调谐激光二极管光谱吸收 乙炔检测 Infrared absorption spectroscopy Tunable diode laser absorption spectroscopy Acetylene detection 光谱学与光谱分析
2016, 36(11): 3501
1 吉林大学 电子科学与工程学院，集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区，长春 130012
2 中国科学院半导体所 材料科学重点实验室，北京 100083
利用可调谐二极管激光吸收光谱技术检测气体浓度时，为了从红外传感信号中提取一次及二次谐波信号来表征气体浓度，研发了一种基于数字信号处理器的数字正交锁相放大器.介绍正交锁相放大原理，设计谐波提取算法，给出数字正交锁相放大器的软硬件实现方案.利用配备的浓度为1%~5%的甲烷样品以及研制的锁相放大器，开展气体实验.实验结果显示，当甲烷浓度为5%时，在二次谐波对应的频率点处，测得的系统信噪比为34 dB，表明设计的锁相放大器具有较好的性能；测得的二次与一次谐波信号峰峰值的比值与气体浓度成线性关系；考虑动态配气以及气体沿管道传输的时间，检测系统的响应时间约为96~98 s；气体浓度为20 000 ppm时，测试浓度波动范围为-92 ppm ~ +118 ppm；根据Allan方差预测的系统检测下限为29.52 ppm.与模拟锁相放大器以及商用锁相放大器相比，本文研制的数字正交锁相放大器硬件结构简单、体积小、成本低、易于集成，在红外气体检测领域具有很好的应用前景.
光电子学 红外光谱学 气体检测仪 红外吸收 数字锁相放大器 谐波分析 数字信号处理器 Optoelectronics Infrared spectroscopy Gas detectors Infrared absorption Digital lock-in amplifier Harmonic analysis Digital signal processors
1 吉林大学电子科学与工程学院, 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区, 吉林 长春 130012
2 中国科学院半导体所, 材料科学重点实验室, 北京 100083
基于可调谐半导体激光吸收光谱技术及波长调制技术, 采用波长为1 654 nm的分布反馈激光器, 结合开放式光学探头以及高灵敏度的铟镓砷光电探测器, 研制了近红外甲烷气体检测系统。 自主设计研发了分布反馈激光器驱动电路, 主要包括模拟PID温度控制电路与电流驱动电路。 其中, 温度控制电路具有较高的控制精度及稳定性, 长时间工作时激光器温度波动小于±0.02 ℃, 温度与激光器波长呈线性变化。 温度不变时, 改变驱动电流可以使激光器中心波长线性变化, 同时还提供了5 kHz正弦波和10 Hz锯齿波的调制信号, 用于谐波检测。 为了提取差分信号的一次谐波及二次谐波, 研制了正交锁相放大器, 一次谐波和二次谐波的提取误差分别为3.5%和5%。 系统中采用的开放式光电探头通过一次反射, 使有效吸收光程增加了一倍, 达到了40 cm。 通过对1%～5%的甲烷气体进行检测, 成功提取了一次及二次谐波, 得到了气体浓度与谐波信号幅值的拟合关系曲线。 在更换不同输出波长的激光器后, 该系统还具有检测其他气体的能力。
近红外 甲烷检测 分布反馈激光器 波长调制 Near-infrared CH4 detection Distributed feedback laser Wavelength modulation
Author Affiliations
Abstract
Key Laboratory of Semiconductor Materials Science, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
We report a 1.8 μm two-section distributed Bragg reflector laser using butt-jointed InGaAsP bulk material as the waveguide core layer. The threshold current is 17 mA and the output power is 8 mW on average. The threshold current, output power, and emitting wavelength dependences on temperature are measured. The obtained wavelength tuning range is 10 nm. This device has potential applications in simultaneous multiple-gas detection.
140.0140 Lasers and laser optics 140.5960 Semiconductor lasers 140.3600 Lasers, tunable 140.3570 Lasers, single-mode Chinese Optics Letters
2015, 13(4): 041401
