基于硅线波导脉冲压缩和锁模的新型脉冲激光器

小型化和集成化是未来激光器的重要发展方向之一。近年来，基于绝缘体上硅(SOI)材料的硅线波导显示出了超强的光约束能力，而且与集成电路制作工艺兼容，基于硅线波导有望实现体积更小、成本更低廉的新型集成激光器。但由于硅是间接带隙半导体，很难直接作为发光材料，这成为硅基激光器研制的最大阻碍。尽管通过受激拉曼散射可以实现硅基拉曼激光器，但必须提供脉冲泵浦光才能获得脉冲输出。本项目将研究利用硅线波导中双光子吸收引起的自由载流子吸收效应进行脉冲压缩和锁模的新型硅基脉冲激光器，分析激光脉冲产生机理并优化硅线波导的结构和尺寸，实验实现激光脉冲输出并测试脉冲的相关特性，探索谐振腔外可调的脉冲压缩和整形方法，以满足不同应用的需要。本项目是国内对硅基脉冲激光器的首次探索，该类新型的脉冲激光器具有集成性好、体积小、输出可控、不需脉冲泵浦、潜在成本低等诸多优点，本项目的研究将为我国硅基激光器的发展提供有价值的参考。

小型化和集成化是未来激光器的重要发展方向之一。近年来，基于绝缘体上硅(SOI)材料的硅线波导显示出了超强的光约束能力，而且与集成电路制作工艺兼容，基于硅线波导有望实现体积更小、成本更低廉的新型集成激光器。但由于硅是间接带隙半导体，很难直接作为发光材料，这成为硅基激光器研制的最大阻碍。尽管通过受激拉曼散射可以实现硅基拉曼激光器，但必须提供脉冲泵浦光才能获得脉冲输出。本项目研究了利用硅线波导中双光子吸收引起的自由载流子吸收效应进行脉冲压缩和锁模的新型硅基脉冲激光器，主要完成了以下工作：第一，建立了硅线波导脉冲压缩和锁模的理论模型，优化了硅线波导的结构和尺寸；第二，实验实现了硅基脉冲压缩和锁模的激光脉冲输出并进行了测试，优化了实现窄脉冲输出所需的电学条件，通过在硅线波导上施加一个正向电压实现了输出脉冲宽度的调节；第三，探索了谐振腔外可调的脉冲压缩方法，包括基于硅线波导、硅基光子晶体波导的集成型脉冲压缩方法以及基于孤子自频移的脉冲压缩方法。本项目是国内对硅基脉冲激光器以及集成型脉冲压缩的首次探索，将为我国硅基激光器的发展提供有价值的参考。