锗/硅基外延InAs/GaAs量子点激光器的光学噪声特性研究

基本信息
批准号:61804095
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:王成
学科分类:
依托单位:上海科技大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:唐科军,周跃广,赵彬彬,王星光,顾怡恬,邓禹
关键词:
光反馈半导体激光器光子集成电路光学噪声InAs量子点
结项摘要

High-speed photonic integrated circuits on silicon are of high demand for applications in data centers, supercomputers, on-chip LiDAR and optical communication networks. Among the large variety of optical components, the most challenging one is to integrate laser sources on silicon. This is usually achieved by flip-chip bonding or wafer bonding of III-V semiconductor lasers on the silicon substrate. An alternative approach is to epitaxially grow semiconductor lasers on silicon, which is of low cost and high yield. Since 2010, InAs/GaAs quantum dot (Qdot) lasers epitaxially grown on germanium (Ge), on germanium-on-silicon (Ge-Si), and on silicon (Si) are successfully demonstrated. .In comparison with GaAs-based Qdot lasers, it has been extensively shown that the static performances of Ge or Si (Ge/Si)-based Qdot lasers degrade, due to the epitaxial growth defects including threading dislocations and antiphase domain boundaries. On the other hand, there are few reports on the dynamic performances, which are of prime importance for developing applications. In this project, we propose to investigate the relative intensity noise (RIN) and frequency noise (FN) characteristics of InAs/GaAs Qdot lasers epitaxially grown on Ge/Si. The optical noises in semiconductor lasers originate from quantum noises including spontaneous emission noise and random carrier generation and recombination, and from flicker noises including current source noises and thermal fluctuations. .The investigation includes the following contents: (1) The RIN and the FN at different bias currents and at different temperatures; (2) The resonance frequency and the damping factor extracted from the RIN spectrum; (3) The linewidth broadening factor extracted from the FN, which will be compared with that obtained from the FM/AM method; (4) The impacts of residual optical feedback on the RIN and on the FN, and the critical feedback level; (5) The reduction of the FN and the spectral linewidth using the optoelectronic feedback method..The aims of the investigation are: (1) Unveiling impacts of the Ge/Si substrate and the epitaxial defects on the RIN, the FN, the resonance frequency, the damping factor, and the linewidth enhancement factor; (2) Pointing out the critical feedback level of Ge/Si-based Qdot lasers for different pump currents and for different operation temperature; (3) Narrowing the spectral linewidth of Ge/Si-based Qdot lasers by at least two orders of magnitude..The RIN and the FN characteristics of Ge/Si-based Qdot lasers will be firstly simulated by developing a set of coupled rate equations, which includes Langevin noise sources of all the carriers, the photon and the phase of the electric field. Then, experiments will be performed correspondingly, including measurements of the RIN, the FN, the linewidth broadening factor, and the optical noise behavior with external optical feedback. Finally, the phase noise will be suppressed using the optoelectronic feedback method, through manipulating the feedback strength and the feedback delay time..This proposal is of prime importance both for improving the optical noise properties of Ge/Si-based Qdot lasers, and for designing photonic integrated circuits on silicon.

锗或硅(锗/硅)基集成激光光源的开发是硅基集成光路发展的重点和难点,其中激光器光学噪声性能的研究对于其在光通信、光谱检测和激光雷达等领域的应用有十分重要的意义。本申请项目拟研究锗/硅基外延InAs/GaAs量子点激光器的相对强度噪声和相位噪声特性。研究的主要内容包括锗/硅量子点激光器的相对强度噪声、相位噪声、共振频率、阻尼因子和线宽增加因子特性,激光器光学噪声随残留光反馈的变化行为,以及光电反馈对相位噪声的抑制作用。本项目将首先通过速率方程对锗/硅基量子点激光器的光学噪声特性进行理论模拟,然后通过实验测量表征其光学噪声行为。研究的目标是揭示锗/硅基量子点激光器的光学噪声特性和影响其性能的物理机制,阐明使得激光器失稳的残留光反馈的临界反馈比,并通过光电反馈的方法压缩激光器的光谱线宽。本项目的开展对于理解和改善锗/硅基量子点激光器的光学噪声特性以及硅基集成光路的设计有重要的指导意义。

项目摘要

锗/硅基量子点激光器为硅基光子集成电路提供了可靠的激光源,在激光通信、激光雷达和光计算等领域有重要的应用价值。然而直接外延生长的量子点激光器不可避免的会出现高密度的生长缺陷。因此,本项目主要研究了生长缺陷对锗/硅基量子点激光器光学噪声的影响,包括相对强度噪声和相位噪声。研究发现,生长缺陷通过缩短载流子的寿命增大激光器的相对强度噪声,但是对相位噪声影响不大。此外,生长缺陷会降低激光器的调制带宽并增加其阻尼因子。因此,锗/硅基量子点激光器对传输光路中的残留光反馈更加不敏感,这意味着硅基光子集成电路中不需要集成光隔离器。另外,p型掺杂有利于改善量子点激光器相对强度噪声的温度稳定性。同时,量子点中非激射能态中的载流子会增加激光器的线宽增宽因子和相对强度噪声,但是对相位噪声影响不大。而量子点激光器激发态激射对基态激射的光学噪声和线宽增宽因子有较大影响。此外,研究发现量子点激光器对于未来开发全片上储备池光计算系统有重要的应用价值。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
3

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

内点最大化与冗余点控制的小型无人机遥感图像配准

DOI:10.11834/jrs.20209060
发表时间:2020
4

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

DOI:10.3969/j.issn.1001-8360.2019.08.011
发表时间:2019
5

感应不均匀介质的琼斯矩阵

感应不均匀介质的琼斯矩阵

DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201804052
发表时间:2019

王成的其他基金

批准号:91022005
批准年份:2010
资助金额:50.00
项目类别:重大研究计划
批准号:41171279
批准年份:2011
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:21171159
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:10202001
批准年份:2002
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30170163
批准年份:2001
资助金额:16.00
项目类别:面上项目
批准号:41604157
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81202136
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61202383
批准年份:2012
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81703395
批准年份:2017
资助金额:20.10
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10972040
批准年份:2009
资助金额:44.00
项目类别:面上项目
批准号:81870493
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:81772282
批准年份:2017
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:U1830139
批准年份:2018
资助金额:64.00
项目类别:联合基金项目
批准号:81401257
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21571170
批准年份:2015
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:31660497
批准年份:2016
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:61801514
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81900268
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51475210
批准年份:2014
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:81572661
批准年份:2015
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:61501493
批准年份:2015
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81000298
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:10572026
批准年份:2005
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:31900068
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41671434
批准年份:2016
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:11701367
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20671087
批准年份:2006
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:41804026
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61403153
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31872754
批准年份:2018
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
批准号:71301148
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51305142
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31701441
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11272056
批准年份:2012
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:51044008
批准年份:2010
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:81670666
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:31500806
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30060017
批准年份:2000
资助金额:17.50
项目类别:地区科学基金项目
批准号:61571331
批准年份:2015
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:51304065
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11732003
批准年份:2017
资助金额:340.00
项目类别:重点项目

相似国自然基金

1

图形衬底侧向外延硅基InAs/GaAs量子点激光器材料及器件研究

批准号:61874148
批准年份:2018
负责人:王俊
学科分类:F0403
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
2

MOVPE长波长InAs/GaAs量子点及其激光器件的研究

批准号:60476009
批准年份:2004
负责人:朱洪亮
学科分类:F0401
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
3

1.3微米波段高模式增益InAs/GaAs量子点激光器

批准号:60976038
批准年份:2009
负责人:李林
学科分类:F0403
资助金额:31.00
项目类别:面上项目
4

GaAs基量子阱/量子点激光器外延材料中界面结构调控机制与性能研究

批准号:61904120
批准年份:2019
负责人:董海亮
学科分类:F0401
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目