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
崔壮壮 1,3,4刘清权 1,2,3谢茂彬 1,3,4王少伟 1,3,4,5,*陆卫 1,2,3,4,**
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室,上海 200083
2 上海科技大学 物质科学与技术学院,上海 201210
3 上海节能镀膜玻璃工程技术研究中心,上海 200083
4 中国科学院大学,北京 100049
5 南通智能感知研究院,江苏 南通 226000
低维材料嵌入微腔已经广泛应用于纳米激光器和探测器等。为了实现增益材料和光学微腔之间的有效耦合,需要深入研究嵌埋材料对腔共振模式的影响。本文主要讨论了嵌埋材料的厚度、位置、腔层厚度以及分布式布拉格反射镜的对数对腔供着模式的影响。结果表明,腔共振模式随嵌埋材料位置的不同呈现周期性变化并且在λ/2光程周期内存在最大峰位移。最大峰位移随腔层厚度增加而减小,但与嵌埋材料的厚度成正比。分布式布拉格反射镜的对数不影响腔共振模式。这些结果为光学器件的设计和实验现象的分析提供了指导,并且可以应用于不同波长分布式布拉格反射腔结构。
光学腔 共振模式 嵌埋位置 分布式布拉格反射镜 optical cavity resonant mode embedded position distributed Bragg reflector 
红外与毫米波学报
2023, 42(6): 736
刘孝兵 1,2王彬 3姚波 2,4杨秀梅 2,5[ ... ]毛庆和 2,4,5,*
作者单位
摘要
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院,安徽 合肥 230039
2 中国科学院合肥物质科学研究院,安徽光学精密机械研究所,光子器件与材料安徽省重点实验室,安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学物理学院,安徽 合肥 230026
4 先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
5 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,安徽 合肥 230026
报道一种可用于超稳腔Pound-Drever-Hall(PDH)稳频的2 μm波段分布Bragg反射(DBR)光纤激光器及其频率锁定结果。该绝热封装的光纤激光器配备主动温度控制和压电陶瓷(PZT)频率调谐装置,可满足超稳腔PDH稳频应用。通过周期极化铌酸锂(PPLN)晶体倍频,采用PDH稳频技术将研制的1950 nm光纤激光器频率稳定到了1 μm波段超稳腔频率参考上。针对DBR光纤激光器中PZT频率调谐机制只反馈调节腔长,容易在稳频过程中产生激光器跳模进而导致频率失锁的问题,笔者提出并演示了一种对DBR光纤谐振腔实施基于超稳腔频率参考的实时温度控制方案,并采用该方案实现了对DBR光纤激光器超过4周的长期频率锁定。该方案对于实现DBR光纤激光器的长期频率锁定具有较高的参考价值。
激光器 光纤激光器 分布Bragg反射 PDH稳频 超稳腔 温度控制 
中国激光
2023, 50(23): 2301014
Author Affiliations
Abstract
1 Ningbo Institute of Northwestern Polytechnical University, Frontiers Science Center for Flexible Electronics (FSCFE), MIIT Key Laboratory of Flexible Electronics (KLoFE), Shaanxi Key Laboratory of Flexible Electronics (KLoFE), Institute of Flexible Electronics (IFE), Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China
2 The Key Laboratory of Information Fusion Technology, Ministry of Education, School of Automation, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China
Optical cavity has long been critical for a variety of applications ranging from precise measurement to spectral analysis. A number of theories and methods have been successful in describing the optical response of a stratified optical cavity, while the inverse problem, especially the inverse design of a displacement sensitive cavity, remains a significant challenge due to the cost of computation and comprehensive performance requirements. This paper reports a novel inverse design methodology combining the characteristic matrix method, mixed-discrete variables optimization algorithm, and Monte Carlo method-based tolerance analysis. The material characteristics are indexed to enable the mixed-discrete variables optimization, which yields considerable speed and efficiency improvements. This method allows arbitrary response adjustment with technical feasibility and gives a glimpse into the analytical characterization of the optical response. Two entirely different light-displacement responses, including an asymmetric sawtooth-like response and a highly symmetric response, are dug out and experimentally achieved, which fully confirms the validity of the method. The compact Fabry-Perot cavities have a good balance between performance and feasibility, making them promising candidates for displacement transducers. More importantly, the proposed inverse design paves the way for a universal design of optical cavities, or even nanophotonic devices.
inverse design optical cavity displacement transducer mixed-discrete variables optimization stratified system 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(3): 220018
作者单位
摘要
1 西安应用光学研究所 国防科技工业光学一级计量站,陕西 西安 710065
2 中国计量大学 光学与电子科技学院, 浙江 杭州 310018
为测量高能激光传输系统中大口径高反射率光学元件的反射率,设计了一种大口径光学元件二维扫描的精密测量系统。介绍了该系统的结构及其工作原理,分析了影响系统测量精度的因素,从理论上分析了扫描系统的系统误差对测量精度的影响,结果表明在垂直于光束传播方向上,水平偏差在0.29 mm时,测量误差在10?6量级;腔长的变化量较小时,可通过对衰荡腔腔镜的调节,实现对旋转轴偏差的补偿及对系统的精细调节。通过拟合处理光强与时间的数据得到对应的一次指数函数拟合曲线,并通过计算得到衰荡时间和反射率,经过对比分析可知,该误差分析方法能比较有效地测量腔镜的反射率,并能减小实验数据本身带来的误差。
光学测量 超高反射率 光腔衰荡 测量精度 大口径 optical measurement ultra-high reflectivity optical cavity ring-down measurement accuracy large aperture 
应用光学
2023, 44(2): 380
Yuchen Gao 1Yu Ye 1,2,3,*
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory for Mesoscopic Physics and Frontiers Science Center for Nano-optoelectronics, School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China
2 Collaborative Innovation Center of Quantum Matter, Beijing 100871, China
3 Peking University Yangtze Delta Institute of Optoelectronics, Nantong 226010, China
Moiré materials, composed of two single-layer two-dimensional semiconductors, are important because they are good platforms for studying strongly correlated physics. Among them, moiré materials based on transition metal dichalcogenides (TMDs) have been intensively studied. The hetero-bilayer can support moiré interlayer excitons if there is a small twist angle or small lattice constant difference between the TMDs in the hetero-bilayer and form a type-II band alignment. The coupling of moiré interlayer excitons to cavity modes can induce exotic phenomena. Here, we review recent advances in the coupling of moiré interlayer excitons to cavities, and comment on the current difficulties and possible future research directions in this field.Moiré materials, composed of two single-layer two-dimensional semiconductors, are important because they are good platforms for studying strongly correlated physics. Among them, moiré materials based on transition metal dichalcogenides (TMDs) have been intensively studied. The hetero-bilayer can support moiré interlayer excitons if there is a small twist angle or small lattice constant difference between the TMDs in the hetero-bilayer and form a type-II band alignment. The coupling of moiré interlayer excitons to cavity modes can induce exotic phenomena. Here, we review recent advances in the coupling of moiré interlayer excitons to cavities, and comment on the current difficulties and possible future research directions in this field.
moiré interlayer excitons optical cavity exciton–polariton Bose-Einstein condensation 
Journal of Semiconductors
2023, 44(1): 011903
卢飞飞 1白建东 1,2,*侯晓凯 1王欣 1[ ... ]王军民 1,3
作者单位
摘要
1 量子光学与光量子器件国家重点实验室 山西大学光电研究所 山西 太原 030006
2 中北大学理学院物理系 山西 太原 030051
3 山西大学 极端光学协同创新中心 山西 太原 030006
高精细度超稳光学法布里-珀罗腔可以提供高精度的频率标准和频率分辨能力, 在光学频率原子钟和量子精密测量等领域发挥重要作用, 将其控温至零膨胀温度点可进一步有效提高超稳光学腔共振频率的稳定度。实验中构建了一套由超低膨胀系数的微晶玻璃材料制作的球型平凹 F-P腔, 镀有1560.5?nm和637.2?nm双波长高反多层介质膜, 放置于可以精确控温的超高真空系统中。利用射频调制边带法测量得到超稳光学腔的自由光谱区为3.145?GHz, 腔线宽~100?kHz, 得到超稳光学腔在设定波长的精细度可高达30?000以上。在此基础上通过倍频波导器件将1560.5?nm激光倍频至780.25?nm, 利用超稳光学腔共振频率和铷原子饱和吸收谱的对比, 获得超稳光学腔在不同温度下共振频率的精确数值, 根据相对腔长变化测量超稳光学腔系统的热膨胀特性, 拟合得到零膨胀温度为10.688±0.115?°C。高精细度光学腔提供了稳定的频率基准, 同时可有效压窄激光线宽, 抑制相位噪声, 是产生优质光源的重要工具。我们已将其优异的短期频率稳定性和极低的频率噪声应用于通过高稳定度的?637.2?nm红光腔增强倍频实现高稳定度的318.6?nm窄线宽紫外激光, 进一步用于铯原子单步里德堡直接激发和里德堡缀饰基态铯原子系综方面的研究。
F-P腔 零膨胀温度点 ULE超稳光学腔 热膨胀特性 F-P cavity the zero-expansion temperature ULE ultra-stable optical cavity thermal expansion characteristics 
量子光学学报
2022, 28(4): 288
周坤 1,2何林安 1,2李弋 1,2贺钰雯 1,2[ ... ]唐淳 1,2
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光重点实验室,四川 绵阳 621900
对976 nm波段超大光学腔结构半导体激光器的外延和谐振腔设计进行了数值研究。在量子阱层的下方和上方设计了模式控制层,以抑制快轴高阶模的激射。通过能带结构的调控抑制了电子泄漏,调控使得电子势垒从p波导层到p包层增加。优化后的外延结构内部损耗为0.66 cm-1,内部量子效率为0.954,远场发散角半高全宽为17.4°。对于谐振腔设计,提出了沿谐振腔线性电流分布结构,以减少空间烧孔效应,这使激光器在20 A时功率提高了1.0 W。采用超大光学腔外延结构的4 mm腔长、100 μm发光区宽度的单管芯片,在25°C连续电流注入下,21 W输出功率时达到约71%的高功率效率。
量子阱激光器 超大光腔 载流子泄露 效率 quantum-well lasers supper-large-optical-cavity carrier leakage efficiency 
红外与毫米波学报
2022, 41(6): 958
作者单位
摘要
1 山西大学物理电子工程学院,山西 太原 030006
2 山西大学激光光谱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
设计了一种基于Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2材料的能对紫外线实现宽角度吸收的多凹槽型吸收器。采用有限元方法对该吸收器的吸收机制以及吸收特性与入射波波长、入射角度以及结构参数的依赖关系进行了研究。重点讨论了0°入射时的吸收情况与结构参数之间的关系,并采用归一化的磁场强度分布对所得结果进行了解释。结果表明:该吸收器的吸收机制主要是表面等离子共振和光学谐振腔共振;在优化参数下,当入射角度为0°~70°时,该吸收器的吸收率均可达到80%以上。该吸收器在紫外传感、紫外光催化等领域具有潜在的应用价值。
光学器件 紫外线吸收器 光栅 Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2 表面等离子共振 光学谐振腔共振 
中国激光
2022, 49(17): 1713003
Xiaoxu Xing 1,2Xuyan Zhou 1,3,*Hongwei Qu 1,4Weiqiao Zhang 1,2[ ... ]Wanhua Zheng 1,3,4,6,**
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Solid-State Optoelectronics Information Technology, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 College of Materials Science and Optoelectronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Weifang Academy of Advanced Optoelectronic Circuits, Weifang 261021, China
4 State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
5 School of Electronic, Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
6 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We studied the spectral beam combining (SBC) of a large optical cavity (LOC) laser array to achieve high-power and high-brightness laser output. We discussed the characteristics of the external cavity feedback efficiency and the focal length of the transform lens for lasers with different waveguide thicknesses. We have found that using LOC laser diodes can increase the proportion of external cavity feedback, thereby improving the SBC efficiency. At a current of 90 A, the CW output power of the SBC system is 59.2 W, and the SBC efficiency reaches up to 102.8%. All emitters of the laser array have achieved spectral locking with a spectral width of 11.67 nm, and the beam parameter product is 4.38 mm·mrad.
spectral beam combining large optical cavity high efficiency 
Chinese Optics Letters
2022, 20(6): 061402

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