平面波導型石墨烯被動鎖模激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光電技術領域，具體涉及一種平面波導型石墨烯被動鎖模激光器。
【背景技術】
[0002]隨著激光技術的迅速發(fā)展及其應用要求的增加，可集成、性能穩(wěn)定的器件上實現(xiàn)高功率、高效率、高穩(wěn)定性、高光束質量和長壽命的激光器是激光領域發(fā)展的方向。超短脈沖激光器技術是近代科學最重要前沿之一，近幾十年來，科學家對如何獲得超短脈沖激光器已有了廣泛和深入的研宄。目前比較常用的技術是利用飽和吸收體來實現(xiàn)的被動鎖模技術。其中，飽和吸收體附著在腔內，當光脈沖通過飽和吸收體時，由于光脈沖邊緣部分的損耗大于光脈沖中心波長部分的損耗，使得光脈沖在通過飽和吸收體的過程中被窄化。飽和吸收體被動鎖模的主要優(yōu)點就是重復頻率比較穩(wěn)定，鎖模脈沖脈寬比較窄。目前常用的飽和吸收體是半導體可飽和吸收鏡(SESAM)，然而SESAM具有制作工藝復雜，生產成本高，可飽和吸收光譜范圍相對較窄的缺點，并且SESAM所使用的半導體化合物材料熱導率一般都不高，長時間工作會積累大量的熱量，導致SESAM性能退化等不足。
[0003]石墨烯是一種蜂窩形的二維六方碳結構材料，自從2004被發(fā)現(xiàn)以來，由于其獨特的光電特性，引起了科學界的廣泛研宄。單層石墨烯對紫外到紅外光的光譜都有相對較大的吸收，并且隨著層數(shù)的增加，吸收也線性增長，單層石墨烯調制深度可達66.5% (見文獻Qiaoliang Baoj Han Zhang, Zhenhua Ni， el at.Monolayer graphene as a saturableabsorber in a mode-locked laser, Nano Research, 20011，Vol.4)0 石墨稀材料是一個優(yōu)良的飽和吸收體，這一特性已被實驗證實(見文獻Qiaoliang Bao, Han Zhang, YuWang, el at.Atomic-Layer graphene as a saturable absorber for ultrafast pulsedLasers.Adv.Funct.Mater.2009, Vol.19)。另外，石墨稀的高熱導率有利于迅速擴散掉沉積的熱量，這一特性使其具有較高的熱損傷閾值，可以作為高功率激光器的飽和吸收體來實現(xiàn)鎖模，并長時間內維持穩(wěn)定的鎖模運轉。
[0004]現(xiàn)有技術中半導體超短脈沖激光器主要是以GaAS或InP為襯底，由于材料特性的不一樣，不與CMOS工藝兼容，應用受限。本領域技術人員亟需解決該技術問題。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能與CMOS工藝兼容的平面波導型石墨烯被動鎖模激光器。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明所提供的技術方案為:
平面波導型石墨烯被動鎖模激光器，包括緩沖層2、下光包層3、下勢皇層4、有源層5、上勢皇層9、上光包層10和歐姆接觸層11，其特征在于，還包括具有相同中心波長的第一光柵結構6、第二光柵結構7和石墨烯層8，所述襯底層I為[100]面偏向[110]方向4~9°的N型摻雜硅襯底；緩沖層2、下光包層3、下勢皇層4、有源層5、上勢皇層9、上光包層10和歐姆接觸層11自下而上依次制作在襯底層I上構成半導體光放大器結構；所述第一光柵結構6和第二光柵結構7分別制作在有源層5的兩側構成光柵諧振腔，所述石墨烯層貼附于第一光柵結構6的輸入端面，作為飽和吸收體。上述技術方案中，第一光柵結構6對中心波長光具有高反射性，第二光柵結構7對中心波長為部分反射，反射率根據(jù)需要選擇。
[0007]上述技術方案中，所述石墨烯層可采用單層石墨烯、多層石墨烯或經氧化還原的石墨烯聚合物。
[0008]上述技術方案中，所述緩沖層2的材料為Ge/GaAs或GaAs，緩沖層的厚度視具體需求而定。
[0009]上述技術方案中，所述有源層5為多周期結構，周期數(shù)為1~20，其材料為InGaAs量子講、InGaAs量子點、InGaAsP量子講或Ga AlAs量子講。
[0010]上述技術方案中，所述上勢皇層9和下勢皇層4的作用是限制載流子，滿足下述至少一項:
所述上勢皇層9和/或下勢皇層4的材料為InGaAsP、InGaAs> AlGaAs或GaAs ； 所述上勢皇層9和/或下勢皇層4厚度為1~2 μπι。
[0011]上述技術方案中，所述上光包層10和下光包層3的作用是限制光，滿足下述至少一項:
所述上光包層10和/或下光包層3的材料為InGaAsP或AlGaAs ；
所述上光包層10和/或下光包層3厚度為1~3 μ mo
[0012]上述技術方案中，所述歐姆接觸層11的作用是作為電極使用，滿足下述至少一項:
所述歐姆接觸層11的材料為高摻雜的InGaP或GaAs ；
所述歐姆接觸層11厚度為0.2-0.5 μπι。
[0013]有益效果:
本發(fā)明技術方案以硅基為作為襯底層的，解決了現(xiàn)有技術中半導體超短脈沖激光器主要是以GaAS或InP為襯底，由于材料特性的不一樣，不與CMOS工藝兼容的技術問題，便于和硅基集成；利用石墨烯的飽和吸收特性，實現(xiàn)超短脈沖激光。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實施例的平面波導型的石墨烯被動鎖模激光器結構示意圖。
[0015]圖1中:1、娃襯底層，2、緩沖層，3、下光包層，4、下勢皇層，5、有源層，6、第一光柵結構，7、第二光柵結構，8、石墨烯層，9、上勢皇層，10、上光包層，11、歐姆接觸層。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0017]本發(fā)明的平面波導型石墨烯被動鎖模激光器，有源層5作為增益介質位于一對光柵結構中間，構成光柵諧振腔，石墨烯作為飽和吸收體貼附于第一光柵結構6的輸入端面，第一光柵結構6和第二光柵結構7具有相同中心波長，第一光柵結構6對中心波長光具有高反射性，第二光柵結構7對波導光柵中心波長為部分反射，反射率根據(jù)需要選擇。當歐姆接觸層11接電極工作時，在有源層5中激發(fā)產生光波，只有與光柵中心波長一致的光波可在光柵諧振腔中形成諧振，并得到放大。當光脈沖經過飽和吸收體時，光柵中心波長處的光強使石墨烯飽和，而光柵中心波長的邊翼部分的光波損耗大于中心波長的損耗，即可達到窄化光脈沖的目的，實現(xiàn)了穩(wěn)定的超短脈沖。此外，石墨烯對