新型銻基材料可飽和吸收鏡

1、孫曉嵐孫曉嵐上海大學(xué)上海大學(xué)通信與信息工程學(xué)院通信與信息工程學(xué)院2009.62009.6功能化納米軟材料高分子化學(xué)納米復(fù)合材料半導(dǎo)體量子阱 納米光學(xué)納米光學(xué)半導(dǎo)體半導(dǎo)體量子阱量子阱 集成集成 光電子學(xué)光電子學(xué)新型光電子器新型光電子器件、光纖器件件、光纖器件1. 1. 結(jié)合半導(dǎo)體材料與納米光學(xué)的前沿?zé)狳c(diǎn)結(jié)合半導(dǎo)體材料與納米光學(xué)的前沿?zé)狳c(diǎn)2. 2. 研究集成光電子學(xué)和新型光電子、光纖器件領(lǐng)域具有研究集成光電子學(xué)和新型光電子、光纖器件領(lǐng)域具有 普遍意義的基本科學(xué)問題普遍意義的基本科學(xué)問題3. 3. 發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新興科技發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新興科技研究研究GaAsSbGaAsSb多層量子阱

2、的光學(xué)性質(zhì)，發(fā)展出一系列不同多層量子阱的光學(xué)性質(zhì)，發(fā)展出一系列不同AsAs含量含量的材料。的材料。(1)(1)該系列材料在室溫下能夠被激發(fā)出波長在該系列材料在室溫下能夠被激發(fā)出波長在1.51.5微米附近的激微米附近的激 光，并且與高質(zhì)量的光，并且與高質(zhì)量的AlGaSb/AlSbAlGaSb/AlSb布拉格反射鏡單片集成，布拉格反射鏡單片集成， 應(yīng)用于垂直腔面發(fā)射激光器（應(yīng)用于垂直腔面發(fā)射激光器（VCSELsVCSELs）；）；(2)(2)實(shí)驗(yàn)表明，隨著實(shí)驗(yàn)表明，隨著AsAs含量的增加，光致熒光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，顯含量的增加，光致熒光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，顯 示出該系列材料在光子器件方面有著廣闊的應(yīng)用前景；

3、示出該系列材料在光子器件方面有著廣闊的應(yīng)用前景；(3)(3)此外，細(xì)微調(diào)節(jié)此外，細(xì)微調(diào)節(jié)AsAs的含量和勢阱寬度，能夠?qū)崿F(xiàn)在的含量和勢阱寬度，能夠?qū)崿F(xiàn)在1480-15401480-1540 nm nm波段具有高輻射效率的材料。波段具有高輻射效率的材料。這一研究成果發(fā)表在這一研究成果發(fā)表在Applied Physics LettersApplied Physics Letters?！癊nhanced photoluminescence of GaAsSb QWs”, Alan R. Kost*, Xiaolan Sun, Nasser Peyghambarian, Nayer Eradat, E

4、spen Selvig, Bjorn-Ove Fimland, and David H. Chow, Applied Physics Letters, 85, 5631 (2004). (影響引子影響引子3.98) 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 0.00 0% As Sb1690 9.1% As GaAsSb/AlSb Quantum Wells 15.1% As 18.8% As 31% As Sb1704 Sb1707 Sb1720 Sb1682 PL Intensity (a.u.) Wavelength (m mm) 深入探索深入探索GaAsSbGaAsSb多

5、層量子阱在光子集成領(lǐng)域的應(yīng)用。由離子注入多層量子阱在光子集成領(lǐng)域的應(yīng)用。由離子注入產(chǎn)生的量子混雜的半導(dǎo)體禁帶寬度修飾是實(shí)現(xiàn)光子集成的有效方產(chǎn)生的量子混雜的半導(dǎo)體禁帶寬度修飾是實(shí)現(xiàn)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(xué)性式。利用量子阱混雜來空間選擇性的控制多層量子阱的光學(xué)性質(zhì)。質(zhì)。 (1)(1)實(shí)現(xiàn)最大可至實(shí)現(xiàn)最大可至198198納米的禁帶藍(lán)移，這在文章發(fā)表當(dāng)時(shí)是已知納米的禁帶藍(lán)移，這在文章發(fā)表當(dāng)時(shí)是已知 世界范圍內(nèi)最大的禁帶藍(lán)移；世界范圍內(nèi)最大的禁帶藍(lán)移；(2)(2)一般來說，注入離子的樣品的光致命熒光強(qiáng)度隨著退火溫度的一般來說，注入離子的樣品的光致命熒光強(qiáng)度隨著

6、退火溫度的 升高而增強(qiáng)；升高而增強(qiáng)；(3)(3)禁帶藍(lán)移是由禁帶藍(lán)移是由IIIIII族和族和V V族元素相互擴(kuò)散共同導(dǎo)致的。族元素相互擴(kuò)散共同導(dǎo)致的。這一研究結(jié)果發(fā)表在這一研究結(jié)果發(fā)表在Applied Physics LettersApplied Physics Letters?！癓arge blue shift of the band gap of Large blue shift of the band gap of GaAsSb/AlSbGaAsSb/AlSb multiple quantum multiple quantum wells (wells (MQWsMQWs) with i

7、on implantation”, ) with ion implantation”, XiaolanXiaolan Sun Sun, Nasser, NasserPeyghambarianPeyghambarian, Alan R. , Alan R. KostKost* * and and NayerNayer EradatEradat, , Applied Physics Applied Physics LettersLetters, 86, 3665 (2005). (, 86, 3665 (2005). (影響引子影響引子3.98)3.98)GaAsSbGaAsSb多層量子阱的亞皮秒

8、量級的自旋弛豫時(shí)間使得該多層量子阱的亞皮秒量級的自旋弛豫時(shí)間使得該材料成為全光開關(guān)器件的理想材料。該材料有可能實(shí)現(xiàn)中材料成為全光開關(guān)器件的理想材料。該材料有可能實(shí)現(xiàn)中心波長在心波長在1.5 1.5 m mm m的、開關(guān)速度小于的、開關(guān)速度小于250250 fs fs的全光偏振開關(guān)。的全光偏振開關(guān)。提出把提出把GaAsSbGaAsSb多層量子阱應(yīng)用到半導(dǎo)體光學(xué)放大器的構(gòu)多層量子阱應(yīng)用到半導(dǎo)體光學(xué)放大器的構(gòu)想。想。完成了應(yīng)用在半導(dǎo)體光學(xué)放大器中的四波混頻的數(shù)值模擬完成了應(yīng)用在半導(dǎo)體光學(xué)放大器中的四波混頻的數(shù)值模擬計(jì)算，完成了線偏光和圓偏光的實(shí)驗(yàn)，并且得到了與理論計(jì)算，完成了線偏光和圓偏光的實(shí)驗(yàn)，并

9、且得到了與理論計(jì)算一致的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。計(jì)算一致的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這一研究成果的相關(guān)論文正在撰寫中。這一研究成果的相關(guān)論文正在撰寫中。進(jìn)入上海大學(xué)后，主要從事納米半導(dǎo)體摻雜光纖制備關(guān)鍵進(jìn)入上海大學(xué)后，主要從事納米半導(dǎo)體摻雜光纖制備關(guān)鍵技術(shù)及放大特性研究。技術(shù)及放大特性研究。 基于原子層沉積技術(shù)（基于原子層沉積技術(shù)（ALDALD） 以納米半導(dǎo)體作為摻雜源以納米半導(dǎo)體作為摻雜源 研究不同基質(zhì)材料光纖中納米半導(dǎo)體的形成機(jī)理、光研究不同基質(zhì)材料光纖中納米半導(dǎo)體的形成機(jī)理、光輻射特性及制備關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)納米摻雜輻射特性及制備關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)納米摻雜 重點(diǎn)解決現(xiàn)有放大光纖技術(shù)中存在的放大光譜帶寬窄、重點(diǎn)解決現(xiàn)有放大光纖

10、技術(shù)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。摻雜不均勻以及摻雜濃度低等問題。MCVD沉積疏松體沉積疏松體ALD半導(dǎo)體原子層沉積半導(dǎo)體原子層沉積基管塌縮實(shí)現(xiàn)均勻摻雜基管塌縮實(shí)現(xiàn)均勻摻雜1“Large blue shift of the band gap of GaAsSb/AlSb multiple quantum wells (MQWs) with ion implantation”, Xiaolan Sun, Nasser Peyghambarian, Alan R. Kost* and Nayer Eradat, Applied Physics Letters, 86, 3

11、665 (2005). (影響引子影響引子3.98)2“Enhanced photoluminescence of GaAsSb QWs”, Alan R. Kost*, Xiaolan Sun, Nasser Peyghambarian, Nayer Eradat, Espen Selvig, Bjorn-Ove Fimland, and David H. Chow, Applied Physics Letters, 85, 5631 (2004). (影影響引子響引子3.98)3“Large blue shifts in band gaps of antimonide-based mult

12、iple quantum-wells based on ion implantation”, Xiaolan Sun, Nayer Eradat, Chia Hung Chen, Alan R. Kost, Annual Conference of Optical Society of America; Frontiers in Optics, Tucson, Arizona(2003). 4. “GaAsSb quantum wells for optoelectronics and integrated optics”, Alan R. Kost, Nayer Eradat, Xiaola

13、n Sun, Espen Selvig, Bjorn-Ove Fimland, Annual Conference of Optical Society of America; Frontiers in Optics, Tucson, Arizona(2003). 新型銻基材料可飽和吸收鏡新型銻基材料可飽和吸收鏡在光纖激光器中的應(yīng)用研究在光纖激光器中的應(yīng)用研究 性能穩(wěn)定性能穩(wěn)定全光架構(gòu)全光架構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單基于基于SESAM被動(dòng)鎖模的被動(dòng)鎖模的光纖激光器，光纖激光器，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)鎖模脈沖輸出鎖模脈沖輸出EDFACouplerCirculatorSESAMPolarization Co

14、ntroller 基于SESAM的被動(dòng)鎖模光纖環(huán)形激光器的結(jié)構(gòu)示意圖GaAsInPLATTICE CONSTANT IN ANGSTROMS0.51.01.52.05.65.75.85.96.06.16.2BAND GAP WAVELENGTH(MICRONS)InAs2.53.03.5In0.53Ga0.47AsIn0.61Ga0.39As0.84P0.16InGaAsSubstrateIn1-x GaxAsyP1-y禁帶寬度在禁帶寬度在1.5 m mm 當(dāng)當(dāng)x 0.39并且并且 y 0.84具有與具有與 InP相同的晶格常相同的晶格常數(shù)，當(dāng)數(shù)，當(dāng)x = 0.1894y/(0.4184-0.

15、013y)優(yōu)勢nhigh - nlow 0.8(相對較高相對較高)挑戰(zhàn)找到具備同時(shí)生長條件的找到具備同時(shí)生長條件的 1.5 m mm 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料BraggMirrorAlGaSb nhighAlSb nlowAlGaSb nhighAlSb nlowAlGaSb nhighAlSb nlowGaSbSubstrateGaAsLATTICE CONSTANT IN ANGSTROMS0.51.01.52.05.65.75.85.96.06.16.2BAND GAP WAVELENGTH(MICRONS)2.53.03.5SubstrateAlSbGaSbAlGaSbGaAsSb可選擇的

16、半導(dǎo)體材料可選擇的半導(dǎo)體材料AlGaSb(近間接禁帶)GaSb 量子阱(間接禁帶)GaAsSb 量子阱SESAM的設(shè)計(jì)及材料的生長制備的設(shè)計(jì)及材料的生長制備進(jìn)行進(jìn)行SESAM鍍增透膜試驗(yàn)鍍增透膜試驗(yàn) 脈沖激光的表征脈沖激光的表征 構(gòu)建高摻鉺及高摻鐿光纖激光器實(shí)驗(yàn)構(gòu)建高摻鉺及高摻鐿光纖激光器實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)室系統(tǒng)構(gòu)建基于新構(gòu)建基于新型銻基材料型銻基材料SESAMSESAM被動(dòng)鎖被動(dòng)鎖模的普通單模模的普通單模光纖激光器光纖激光器實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)（1 1）提出用高折射率比、熱導(dǎo)性好的新型銻基材料）提出用高折射率比、熱導(dǎo)性好的新型銻基材料挑戰(zhàn)挑戰(zhàn)InPInP為基底的常規(guī)材料，制備為基底的常規(guī)材料，制備SESAMSESAM，并且該，并且該銻基材料的工作波長在銻基材料的工作波長在1.54