Author Affiliations
Abstract
1 School of Optoelectronic Engineering and Instrumentation Science, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
2 Pen-Tung Sah Institute of Micro-Nano Science and Technology, Xiamen University, Xiamen 361102, China
3 Institute of Laser Engineering, Faculty of Materials and Manufacturing, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
High-resolution multi-color printing relies upon pixelated optical nanostructures, which is crucial to promote color display by producing nonbleaching colors, yet requires simplicity in fabrication and dynamic switching. Antimony trisulfide (Sb2S3) is a newly rising chalcogenide material that possesses prompt and significant transition of its optical characteristics in the visible region between amorphous and crystalline phases, which holds the key to color-varying devices. Herein, we proposed a dynamically switchable color printing method using Sb2S3-based stepwise pixelated Fabry-Pérot (FP) cavities with various cavity lengths. The device was fabricated by employing a direct laser patterning that is a less time-consuming, more approachable, and low-cost technique. As switching the state of Sb2S3 between amorphous and crystalline, the multi-color of stepwise pixelated FP cavities can be actively changed. The color variation is due to the profound change in the refractive index of Sb2S3 over the visible spectrum during its phase transition. Moreover, we directly fabricated sub-50 nm nano-grating on ultrathin Sb2S3 laminate via microsphere 800-nm femtosecond laser irradiation in far field. The minimum feature size can be further decreased down to ~45 nm (λ/17) by varying the thickness of Sb2S3 film. Ultrafast switchable Sb2S3 photonic devices can take one step toward the next generation of inkless erasable papers or displays and enable information encryption, camouflaging surfaces, anticounterfeiting, etc. Importantly, our work explores the prospects of rapid and rewritable fabrication of periodic structures with nano-scale resolution and can serve as a guideline for further development of chalcogenide-based photonics components.
tunable color displays Fabry-Pérot cavity resonators color printing chalcogenide materials 
Opto-Electronic Advances
2024, 7(1): 230033
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and Microelectronics, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China
2 College of Physics Science and Technology, Institute of Applied Photonic Technology, Yangzhou University, Yangzhou 225002, China
The 1.4–1.8 µm eye-safe lasers have been widely used in the fields of laser medicine and laser detection and ranging. The diamond Raman lasers are capable of delivering excellent characteristics, such as good beam quality concomitantly with high output power. The intra-cavity diamond Raman lasers have the advantages of compactness and low Raman thresholds compared to the external-cavity Raman lasers. However, to date, the intra-cavity diamond cascaded Raman lasers in the spectral region of the eye-safe laser have an output power of only a few hundred milliwatts. A 1485 nm Nd:YVO4/diamond intra-cavity cascaded Raman laser is reported in this paper. The mode matching and stability of the cavity were optimally designed by a V-shaped folded cavity, which yielded an average output power of up to 2.2 W at a pulse repetition frequency of 50 kHz with a diode to second-Stokes conversion efficiency of 8.1%. Meanwhile, the pulse width of the second-Stokes laser was drastically reduced from 60 ns of the fundamental laser to 1.1 ns, which resulted in a high peak power of 40 kW. The device also exhibited single longitudinal mode with a narrow spectral width of < 0.02 nm.
diamond intra-cavity Raman lasers eye-safe lasers high peak-power 
Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041402
王振诺 1,2仲莉 1,2,*张德帅 1,2,**刘素平 1[ ... ]马骁宇 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心,北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院,北京 100049
采用非对称大光腔外延结构设计制备出976 nm InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱脊形半导体激光器,通过对外延结构的设计优化,以实现器件低远场发散角、低功耗的基横模稳定输出。所制备基横模脊形半导体激光器的脊宽为5 μm、腔长为1500 μm,在25 ℃测试温度下,可获得422 mW最大连续输出功率,峰值波长为973.3 nm,光谱线宽(FWHM)为1.4 nm。当注入电流为500 mA时,垂直和水平远场发散角(FWHM)分别为24.15°和3.90°。在15~35 ℃测试温度范围内对脊形半导体激光器的水平远场发散角进行测试分析,发现随着测试温度的升高,器件远场分布变化较小,水平远场发散角基本维持在3.9°左右。
激光器 976 nm半导体激光器 基横模脊形波导 低远场发散角 非对称大光腔结构 
光学学报
2024, 44(8): 0814002
作者单位
摘要
长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室,吉林 长春 130022
采用新型多环形腔结构优化垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光场分布,解决了大孔径器件严重的载流子聚集效应导致的输出功率低、光束质量差的问题。研究结果表明:新型结构VCSEL较孔径相同的传统结构器件呈现更低的阈值电流,特别是输出功率较传统结构提高了近56%,且远场呈高斯分布。研究工作为实现高光束质量大功率垂直腔面发射激光器提供了新的技术途径。
激光器 垂直腔面发射激光器 高功率 光场分布 光束质量 
中国激光
2024, 51(8): 0801001
作者单位
摘要
1 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
2 西北核技术研究所,陕西 西安 710024
3 西安近代化学研究所,陕西 西安 710065
为实现冲击波动态信号的测量,研制了一种光纤端面镀金-派瑞林-金三层结构的薄膜式光纤法布里-珀罗压力传感器。对该传感器进行了理论分析与仿真,搭建了静态和动态压力测量系统,并对其进行测试与分析。结果表明:在0~60 MPa的静态压力测量范围内,传感器的波长灵敏度和腔长灵敏度分别为0.0809 nm/MPa和0.3200 nm/MPa,与仿真结果一致;在动态压力测量中,传感器成功捕捉到了压力峰值为7.41 MPa和上升时间为75 ns的冲击波信号。
光纤传感器 法布里-珀罗腔 薄膜 压力测量 
光学学报
2024, 44(7): 0728003
作者单位
摘要
北京工业大学信息学部光电子技术教育部重点实验室,北京 100124
GaAs基垂直腔面发射激光器在干法刻蚀过程中,台面侧壁形成的缺陷会导致器件出现层结构分层、断裂以及氧化孔不规则等问题。针对该问题,提出了一种干法刻蚀与硫化铵钝化相结合的氧化前预处理方案,研究了硫化铵钝化处理对器件层结构以及氧化工艺稳定性的影响。扫描电子显微镜测试结果表明:器件侧壁层结构的分层现象减少,器件结构稳定性更好;高 Al 层的氧化速率更稳定,氧化孔形状更为规则。将该工艺方案用于制备氧化孔直径为5 μm的940 nm垂直腔面发射激光器,室温下,与传统工艺制备的器件相比,钝化后的器件的斜率效率提高了5%,各器件之间的性能一致性更好。同时,在1 mA的驱动电流下,激光器的边模抑制比可达36 dB,处于单模激射状态。在优化后的氧化工艺条件下,制备了形状规范的氧化孔结构,进一步改善了氧化限制型垂直腔面发射激光器的性能。
激光器 垂直腔面发射激光器 氧化孔 湿法氧化 钝化 干法刻蚀 
中国激光
2024, 51(8): 0801003
作者单位
摘要
1 长春理工大学理学院 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春  130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春  130033
将一个808 nm宽发射区半导体激光器应用于纵模选择束腰劈裂偏振合束外腔中,实现了高光束质量、高亮度和窄线宽的激光输出。所获激光输出功率为5.08 W,快慢轴光束质量M2=1.85×18.2,慢轴光束质量较自由运转激光器提高48%,输出激光亮度B=22.74 MW·cm-2·sr-1,是原激光器自由运转的1.3倍。所获激光光谱线宽为0.47 nm,压缩至原激光器自由运转的光谱宽度的0.14。
半导体激光器 合束 外腔 semiconductor laser beam combining external cavity 
发光学报
2024, 45(3): 500
佟海霞 1,2王延靖 2田思聪 2蒋宁 3[ ... ]魏志鹏 1,**
作者单位
摘要
1 长春理工大学物理学院 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春  130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春  130033
3 吉光半导体科技有限公司, 吉林 长春  130031
如今,人们对研究耦合腔面发射激光器结构的兴趣逐渐增加。这种结构通过向主腔施加调制电的同时向每个反馈腔施加直流电来实现带宽提升。然而,单独驱动主腔对器件性能的影响尚未得到深入研究。为了更全面地了解耦合腔激光器,我们设计并制备了边长为30 μm×30 μm的方形横向耦合腔VCSEL,并研究了在方形横向耦合腔中单独驱动主腔时器件性能的变化。室温下,-3 dB带宽达30.1 GHz,在非归零调制下,在背对背传输速率40 Gbit/s时获得清晰的眼图,相对强度噪声值为-160 dB/Hz。证明了反馈腔在不加驱动的条件下仍会对主腔的性能提供正向作用。设计的TCC-VCSEL器件只需要一个电源驱动,使其适用于高密度集成,为封装集成应用提供了新的思路。
垂直腔面发射激光器 横向耦合腔 高速 vertical-cavity surface-emitting lasers(VCSEL) transverse coupled cavity high-speed 
发光学报
2024, 45(3): 493
作者单位
摘要
吉林大学 电子科学与工程学院, 集成光电子学国家重点实验室, 吉林 长春  130012
光学频率梳(简称光频梳)作为一种优秀的多波长光源在通信领域具有巨大的应用潜力。通过将光频梳光源与波分复用技术(WDM)、空分复用技术结合(SDM),通信系统可以具有百Tbit/s量级的传输速率,在5G/6G通信、物联网、自动驾驶等方面具有重要的应用价值。目前实现光频梳的方法主要有以下四种,分别为基于锁模激光器产生飞秒光频梳、基于光学微腔产生光频梳、基于电光调制器产生光频梳以及基于行波四波混频产生光频梳。它们各具特点,但均很难同时实现宽光谱、高信噪比、高平坦度、高的单梳齿功率以及梳齿频率间隔大范围可调,这在一定程度上影响了光频梳在光通信领域的应用。本文提出基于受激布里渊激光腔产生种子梳,采用腔外负色散光纤进行脉冲压缩,进一步利用色散调控的高非线性氟碲酸盐光纤进行扩谱,从而实现光频梳产生。数值计算结果表明,通过该系统,我们可以得到重复频率大范围可调、光谱覆盖整个O-U波段且在O-U波段梳齿强度标准差小于5 dB的平坦光频梳,证明了通过基于布里渊激光腔与色散调控高非线性氟碲酸盐光纤的光学系统产生可用于光通信的平坦光频梳的可行性。
光频梳 色散调控氟碲酸盐玻璃光纤 脉冲压缩 腔外扩谱 O-U波段平坦 optical frequency comb dispersion-controlled fluorotellurite glass fiber pulse compression spectral broadening out of cavity O-U band flat 
发光学报
2024, 45(3): 458
作者单位
摘要
1 太原师范学院物理系,山西 晋中 030619
2 山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室,山西 太原 030006
3 山西大学极端光学协同创新中心,山西 太原 030006
研究了在高抽运功率下,单共振光学参量振荡器(SRO)腔型对其输出特性的影响。在理论分析的基础上,实验搭建了基于掺杂氧化镁的周期性极化铌酸锂(MgO∶PPLN)晶体的两镜驻波腔和四镜环形腔SRO。驻波腔SRO的阈值抽运功率为3.2 W,当抽运光功率为14.2 W时,信号光和闲频光功率分别为5.2 W和2.2 W。当抽运光功率大于15 W时,驻波腔SRO输出功率的实测值随抽运光功率的增大而减小,与理论预测偏差较大。环形腔SRO的阈值抽运功率为7.2 W,当抽运光功率为25 W时,信号光和闲频光功率分别为8.1 W和3.6 W。环形腔SRO输出功率的实测值和理论预测基本一致。驻波腔及环形腔SRO输出的信号光在2 h内的功率波动分别优于±2.76%和±2.53%,驻波腔及环形腔SRO输出的闲频光在2 h内的功率波动分别优于±1.24%和±1.19%。驻波腔及环形腔SRO输出信号光的长期频率漂移分别优于±40 MHz及±28 MHz。
非线性光学 单共振光学参量振荡器 连续单频红外激光 高功率 环形腔 
中国激光
2024, 51(8): 0808001

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