多边形微腔混沌激光器及其调控方法技术

本公开提供了一种多边形微腔混沌激光器及其调控方法，该激光器包括：回音壁腔(1)，截面为正多边形，或，截面为弧边正多边形，用于形成光的全内反射；孔(2)，设于回音壁腔(1)的内部，用于抑制高阶横模，调控模式数量；环形欧姆接触窗口(3)，位于回音壁腔(1)上端，用于进行电流的非均匀注入，实现模式的非线性相互作用，以产生混沌激光；波导(4)，用于定向输出混沌激光。该激光器结构简单，无需外光注入、外光反馈或光电反馈，解决了大尺寸微腔激光器因模式数量增多，模式调控不可控，破坏混沌光产生的问题，输出功率更高，混沌工作电流范围更宽。混沌工作电流范围更宽。混沌工作电流范围更宽。

【技术实现步骤摘要】
多边形微腔混沌激光器及其调控方法


[0001]本公开涉及半导体光电子学、光计算和光探测领域，尤其涉及一种多边形微腔混沌激光器及其调控方法。

技术介绍

[0002]混沌激光器由于初值敏感性、随机性与频谱带宽大等特点，在真随机数产生，安全保密通信，混沌雷达，光时域反射计与储备池光子计算领域具有重要的应用价值。传统半导体激光器通过光注入、光反馈或光电反馈的方式引入微扰来实现混沌，这种基于分立器件搭建的混沌激光器结构复杂，系统稳定性差。基于光反馈的片上光子集成或混合集成混沌激光器，尺寸小，但工艺复杂，生产成本高，且无法避免光反馈引起的弱周期性，降低了应用质量。2018年，中科院半导体所报道了一种基于弧边六边形的微腔混沌激光器，在不需要外光注入与外光反馈的情况下，实现了自发混沌信号输出。由于微腔激光器在尺寸增大或弧边变形量较大时，会造成多模激射，使模式调控不可控，破坏混沌输出，使得现有方案下的激光器尺寸不能太大，输出功率较低，可实现混沌的工作电流区间较小，限制了其的进一步应用。因此有必要提出一种可以提高激光器功率与混沌态工作范围的大尺寸回音壁腔半导体混沌激光器。

技术实现思路

[0003]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种多边形微腔混沌激光器及其调控方法，以解决以上技术问题中的至少之一。
[0004]本公开的一个方面提供了一种多边形微腔混沌激光器，包括：回音壁腔1，截面为正多边形，或，截面为弧边正多边形；孔2，与所述回音壁腔1同轴，设于所述回音壁腔1的内部，用于抑制高阶横模，调控模式数量；环形欧姆接触窗口3，与所述回音壁腔同轴，位于所述回音壁腔1的上端，用于进行电流的非均匀注入，实现模式的非线性相互作用，以产生混沌激光；波导4，与所述回音壁腔1的外壁接触连接，用于输出所述混沌激光。
[0005]进一步地，所述回音壁腔1为有源腔，其材料结构为量子阱或量子点结构。
[0006]进一步地，所述回音壁腔1为正方形、六边形、八边形、弧边四边形、弧边六边形或弧边八边形结构。
[0007]进一步地，所述孔2的截面包括三角形、四边形、五边形、六边形、椭圆、圆结构。
[0008]进一步地，所述波导4的出光口为解理面或者端面镀膜结构。
[0009]本公开的另一方面提供了一种多边形微腔混沌激光器的调控方法，所述方法包括：增大多边形微腔混沌激光器的尺寸，以提升输出的混沌激光功率；调整所述多边形微腔混沌激光器中孔2的形状和大小，以实现对不同高阶横模的抑制；调节所述波导4与所述回音壁腔1的连接位置，以优化耦合输出效率。
[0010]在本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0011](1)该多边形微腔混沌激光器，通过引入中心挖孔设计，可以对回音壁腔激光器的
高阶模式进行抑制，有效调控模式数量，解决大尺寸下因模式数量增多模式调控不可控，破坏混沌激光产生的问题。与现有无挖孔微腔混沌激光器方案相比，有利于谐振腔尺寸往更大方向设计，从而有利于提高输出光功率。
[0012](2)该多边形微腔混沌激光器，通过改变输出波导位置可以实现波导与回音壁腔更高效的模式耦合，有利于提高耦合输出效率，提高输出光功率。
[0013](3)该多边形微腔混沌激光器，与传统的混沌激光器方案相比，无需外光注入、外光反馈或光电反馈，系统简单，稳定性高，混沌信号无反馈时延峰，混沌信号质量高。
[0014](4)该多边形微腔混沌激光器，制作工艺简单，无需二次外延，无需复杂的有源无源集成技术，无需混合集成技术，成本低，在真随机数产生、安全保密通信、混沌雷达、混沌探测以及光子计算等方面具有重要的应用价值。
附图说明
[0015]为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
[0016]图1示意性示出了本公开实施例提供的一种多边形微腔混沌激光器的平面结构示意图；
[0017]图2示意性示出了本公开实施例提供的一种多边形微腔混沌激光器的三维结构示意图；
[0018]图3示意性示出了根据本公开一实施例利用有限元数值计算方法得到的边长20μm，变型量2.17μm，波导宽度1.5μm的弧边四边形腔的基模、一阶模、二阶模模式Q值与基模一阶模模式间隔随孔内径的变化；
[0019]图4示意性示出了根据本公开一实施例的利用有限元数值计算方法得到的边长20μm，变型量2.17μm，波导宽度1.5μm，孔内径为6.5μm的弧边四边形腔，耦合效率随波导平移距离的变化；
[0020]图5示意性示出了根据本公开一实施例的多边形微腔混沌激光器的电压
‑
电流、功率
‑
电流曲线图；
[0021]图6示意性示出了根据本公开一实施例的多边形微腔混沌激光器在17
‑
22mA电流下所测的混沌信号光谱图；
[0022]图7A～7F示意性示出了根据本公开一实施例的多边形微腔混沌激光器在17
‑
22mA电流下所测的混沌信号频谱图；
[0023]附图标记说明：
[0024]1‑
回音壁腔，2
‑
孔，3
‑
环形欧姆接触窗口，4
‑
波导；
[0025]101
‑
N电极层，102
‑
N型衬底，103
‑
下限制层，104
‑
有源区层，105
‑
上限制层，106
‑
欧姆接触层，107
‑
P电极层。
具体实施方式
[0026]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免
不必要地混淆本公开的概念。
[0027]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0028]在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
[0029]为了解决现有微腔混沌激光器输出功率较低，混沌工作电流范围较小的问题，本公开提出了一种多边形微腔混沌激光器，在满足混沌激光产生的要求下，能有效增大回音壁腔的尺寸，抑制掉高阶横模，提高激光器的波导耦合输出效率，提高混沌激光器的输出功率，扩大混沌工作电流范围。
[0030]图1示意性示出了本公开实施例提供的一种多边形微腔混沌激光器的平面结构示意图。图2示意性示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多边形微腔混沌激光器，其特征在于，包括：回音壁腔(1)，截面为正多边形，或，截面为弧边正多边形，用于形成光的全内反射；孔(2)，与所述回音壁腔(1)同轴，设于所述回音壁腔(1)的内部，用于抑制高阶横模，调控模式数量；环形欧姆接触窗口(3)，位于所述回音壁腔(1)的上端，与所述回音壁腔(1)同轴，用于进行电流非均匀注入，实现模式的非线性相互作用，以产生混沌激光；波导(4)，与所述回音壁腔(1)的外壁接触连接，用于定向输出所述混沌激光。2.根据权利要求1所述的多边形微腔混沌激光器，其特征在于，所述回音壁腔(1)为有源腔，其材料结构为量子阱或量子点结构。3.根据权利要求1所述的多边形微腔混沌激光器，其特征在于，所述回音壁腔(1)为正方形、六边形、八边形...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建成，黄永箴，黄勇涛，马春光，肖金龙，杨跃德，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：