圖1. 帶邊兼并激光器(a)結構示意圖;(b)LIV特性;(c)電場分布;(d)光局域態密度

InP基半導體激光器具有光纖傳輸損耗小、受外界環境干擾小、對人眼安全等優點而廣泛應用于光纖通信、數據中心、5G網絡、衛星通信、激光雷達等領域。近期，蘇州納米所納米加工平臺基于在InP材料外延、器件設計、器件制備等方面的積累在InP基半導體激光器領域取得了重要進展。

進展1：低閾值高功率單模激光器

DFB激光器因其窄線寬、高邊模抑制比和低相位噪聲優勢已成為光纖通信、數據中心光交換、5G網絡等系統的核心激光源，降低閾值對提升能效和集成度至關重要。采用非對稱耦合的光柵結構，通過打破鏡像對稱性使奇偶模式發生耦合，形成四階帶邊簡并態以增強局域光子態密度，從而有效降低了閾值電流。所制備器件實現了1550 nm波段穩定的單縱模輸出，閾值電流密度由2.41 kA/cm2降至1.88 kA/cm2(降低22%)，同時保持90 mW以上的高功率輸出。

相關成果以Degenerate band edge laser with enhanced local density of optical states for threshold reduction為題發表于Optics Express上，博士研究生郭譽鈞為第一作者，孫天玉、鄒永剛為論文通訊作者。

進展2：超寬譜被動鎖模激光器

半導體被動鎖模激光器是微波光子學、模數轉換、光通信、激光雷達、光計算等系統的核心訴求，其光譜帶寬直接決定了脈沖寬度、可支持的傳輸容量與調制自由度。通過設計組分漸變的多量子阱材料體系，使增益譜頂部顯著展寬且保持平坦，結合兩段式腔結構優化，實現了-3dB帶寬超20nm、-10dB帶寬超35nm的被動鎖模激光輸出。迄今為止，這兩項帶寬指標均為通信波段電泵浦注入被動鎖模激光器的最大值。另外，本器件結構簡單、鎖模狀態穩定，具有良好的重復性和工藝兼容性，易于大規模制備。

研究結果以Beyond 20 nm frequency comb generation through a two-section quantum well passively mode-locked semiconductor laser為題發表在Optics Letters上。博士研究生秦畢晟為第一作者，孫天玉、張瑞英為通訊作者。

圖2. (a)兩段式被動鎖模激光器光學顯微圖;(b)器件截面SEM圖;(c)出射光譜圖

進展3：InP基高效率可集成激光源

InP基單片光子集成可充分發揮InP材料的有源和高頻性能而受到相干通信光收發、衛星通信載荷、射頻前端等領域的追捧。然而現有的半導體激光器工藝是通過解離形成的腔面對受激輻射進行震蕩放大。為滿足InP基光子集成芯片的片上激光源需求，采用多深度刻蝕工藝一次完成波導與端面的制備，結合SiO?鈍化層與Au高反射膜，實現后端面大于97%前端面低于9%的反射率，在CW狀態下獲得與傳統工藝相當的功率輸出。

相關研究成果以Continuous-wave operation of InP laser with etched facet mirrors for photonic integrated circuits為題發表于 IEEE Photonics Technology Letters上。邢政為第一作者，孫天玉、張寶順為通訊作者。

圖3. (a)干法刻蝕端面激光器結構示意圖;(b)AR端面SEM圖;(c)HR端面SEM圖;(d)刻蝕端面激光器與自然解理激光器性能對比

上述工作得到了國家重點研發計劃等項目支持。

審核編輯 黃宇