清华陈老师组展示一种具有宽范围波长切换功能的混合集成Ⅲ-Ⅴ/Si3N4激光器,如图所示。该ECL由InGaAsP SOA芯片和两个Si3N4外腔芯片的对接耦合组成。
SOA长度为2.5mm,其输出端口波导的光束出射角为19.5°,以抑制端面反射。Si3N4波导厚度为100 nm,输入波导在耦合面处倾斜13°匹配SOA波导。
在环形波导上制造PZT致动片,目的是利用其快速光弹调谐效应。通常的光弹性效率低(其使用的调谐效率为0.67 pm/V),压电致动调谐范围有限。
为提高调谐效率,将外部MRR的半径设置为592μm和593μm形成Vernier滤波器。并将SDA-MRR与a-MZI级联,提供足够的侧模抑制。SDA-MRR在结构上类似于全通MRR,其独特之处在于在环形波导中蚀刻尺寸为0.54μm×0.2μm的矩形亚波长孔缺陷,导致内腔反传播模式的相互耦合,呈现出比传统MRR反射器更强的反射光谱,典型Q为1.56e6。
为进一步增强SMSR,使用a-MZI,其FSR是SDA-MRR FSR的两倍,以抑制Vernier滤波器的第1个相邻侧模。ECL在1536.5 nm处单模片上输出功率测量为9.2mW,其固有线宽为8.92 Hz。
通过在PZT致动器上驱动偏压实现从1513.37 nm到1559.53 nm的46.16nm调谐,其调谐范围受到饱和电压以及PZT致动器的低光弹性效率的限制。PZT致动器上施加电压随激光波长呈线性变化,调谐效率提高到0.38 nm/V。最终展示的ECL在C波段实现创纪录的21.35nm波长切换范围,切换时间低于4μs。
2、Flip-chip
晶圆结构包括220 nm厚的Si光电二极管、120 nm厚的SiN波导和金属。SiO2和Si蚀刻定义倒装芯片键合插座、机械停止(用于高度对齐)和对齐标记(用于平面内对齐),如图所示。SiN反向锥形边耦(150 nm尖端宽度)实现硅光芯片和键合LD之间的光耦合。
测量LIV曲线,在50 mA和120 mA连续工作时,片上光功率分别达到4.6 mW和9.6 mW,对应WPE分别为1.9%和1.6%。
基于通过透明LD基板可见的对准标记估计X-和Y-未对准<0.3µm,计算出LD到SiN波导的耦合损耗为4.8 dB,而仿真最佳对准耦合损耗为2.7 dB。
作为概念验证,InGaN LD连接到功率监视器和光开关,光开关包含328um长的移相器,输出ER 22.0dB和Ppi 12.8 mW。
Ghent University – imec基于MTP实现具有超过45nm调谐范围和5mW波导输出功率的集成可调谐激光器,如下所示。
增益区为1.2mm长的InP/InAlGaAs SOA波导结构,其引入双脊结构,使用光刻和ICP蚀刻在Si波导顶部定义两个InP/InAlGaAs有源脊,每个脊宽3µm,相距20µm。硅波导是在IMEC的400nm SiPh平台上制造。BCB粘合层厚100-150nm,使用晶圆级微转印打印机(Amicra Nano),高精度转印到指定的凹槽中。
双脊激光器电阻为8.1Ω(两个SOA并联),当电流为200mA,20℃下,波导耦合输出功率达到5mW。
采用热可调Sagnac环路镜和移相器来优化输出耦合镜的反射率,激光器实现1530.0 nm至1577.2 nm的宽调谐范围,超过45 nm。1540.8 nm处瞬时线宽为3.93 kHz。
EPFL通过在超低损耗700 nm厚的氮化硅中使用芯片级高能离子注入,实现波长调谐范围为40 nm、输出功率为10 mW的掺铒波导可调谐激光器,与基于掺铒Al2O3和掺铒LiNbO3的波导激光器相比,性能很大改善。
铒基激光器是具有17cm长的掺铒螺旋波导和两端可调谐环形镜形成。使用集成微加热器进行调谐。采用基于DUV的减法工艺制备超低损耗约2 dB/m的无源Si3N4波导,干法刻蚀后在1200℃下退火11小时,以去除多余H2,并破坏Si-H和N-H键。在螺旋波导进行最大束能量为500 keV的选择性铒离子注入,在氮气中1000℃退火芯片以激活铒离子并修复注入缺陷。
波长可调谐超过91 nm,SMSR为75 dB,覆盖整个C波段和大部分L波段。片外激光输出功率高达10 mW。可在125℃高温下工作。洛伦兹线宽为95 Hz,如图所示。
5、直接外延QD激光器
O波段InAs量子点(QD)激光器在300 mm硅光单片集成为下一代光数据通信中的应用提供一条可扩展、经济高效的途径。在材料生长过程中,在激光刻面和波导输入之间产生5-10µm刻蚀间隙,形成光学散射倾斜间隙,耦合损耗在10-30 dB范围,使得激光到波导的耦合一直是一个挑战。
UCSB通过混合III-V生长方法将激光-波导间隙尺寸减小到3µm,在间隙内填充BCB聚合物(折射率为1.56)减少光束发散,将激光器和氮化硅波导之间的耦合损耗降低至6 dB。
在AIM Photonics上制造。下图显示耦合到波导的完整袖珍激光器,样品包含边缘耦合器、用于波长滤波的环形谐振器和用于单模激光输出的DBR反射器。
测试FP激光器的20°C光电流特性。通过比较光纤和积分球的测量结果,计算出耦合损耗在6 dB以下。
imec展示采用纳米脊线工程方法在300 mm CMOS上制作电驱GaAs激光器,研究在不同温度和电流密度下,老化试验中观察到的两种退化机制的失效时间(TTF)分布,建立寿命预测的统计模型,为电光性能和可靠性的协同优化提供设计准则。
采用MOVPE技术,在300 mm(001)Si衬底上选择性生长InGaAs/GaAs纳米脊线激光器,高纵横比沟降低有源区缺陷密度,纳米脊工程方法精确控制纳米脊的形状和尺寸。
研究插头间距为4.8µm激光器的可靠性,并与插头间距为1.6µm的LED进行比较。
通过施加恒定电流密度应力来研究其可靠性。条件是JNR = 5 kA/cm2 和 T = 25 °C。在老化初期,激光Jth逐渐增加,但SE几乎保持不变,退化是由增强的Shockley-Read-Hall复合引起的,缩短非辐射载流子寿命。当应力时间延长时,出现快速失效,Jth和SE急剧退化。在中等老化条件下(JNR=1.5 kA/cm2),在1000小时应力后仍工作,Jth明显增加。退化是由金属/p-GaAs触点(Jp-con)处的高电流密度相关。由于Jp-con较高,在激光器中比LED更快退化。推测由杂质从p-GaAs层和/或金属/p-GaAs界面扩散引起的。
激光器失效时间(TTF,定义为输出功率降低30%)分布的温度和电流密度依赖性如图所示。累积失效函数F(t)包含两个统计分布:对数正态分布描述逐渐退化,Weibull分布描述快速失效。使用最大似然估计同时拟合所有应力条件,所得拟合参数与实验数据显示出良好的一致性,如图所示。
利用模型分别估算两种机制的TTF,为获得可靠的InGaAs/GaAs纳米脊线激光器奠定基础。在不同温度下,器件中值寿命(t50%)作为Jp con的函数。以85°C下10年的使用寿命为目标,需要将Jp con降低到20 kA/cm2以下,相当于p触点插头间距为0.3µm。
【2】C- and L-band tunable integrated Erbium lasers via scalable manufacturing Xinru Ji1,2,*,Yang Liu1,2, Xuan Yang1,2, Zheru Qiu1,2, Grigorii Likhachev1,2, Simone Bianconi1,2, Andrey Voloshin1,2, Taegon Kim3 , Joseph C.Olson3 , and Tobias J.Kippenberg1,2 1 Institute of Physics, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL), CH-1015 Lausanne, Switzerland,M3J.4 OFC 2025 © Optica Publishing Group 2025
【3】Tunable Quantum Dot Lasers Monolithically Integrated with Silicon Photonics Rings and DBR Gratings Rosalyn Koscica,1,* Alec Skipper,2 Bei Shi,2,3 Kaiyin Feng,2 Andrew Netherton,2 Gerald Leake,4 David Harame,4 Jonathan Klamkin,2,3 John E. Bowers1,2 1 Materials Department, University of California Santa Barbara, Santa Barbara, CA, 93106, USA,W1G.6 OFC 2025 © Optica Publishing Group 2025
【4】Lifetime Model for Enabling Reliable InGaAs/GaAs Nano-Ridge Lasers Monolithically Integrated on 300 mm Silicon Ping-Yi Hsieh1,2,*, Artemisia Tsiara2 , Barry O’Sullivan2 , Sara El Akel3 , Huseyin Sar2 , Debi Prasad Panda2 , Peter Swekis2 , Didit Yudistira2 , Bernardette Kunert2 , Joris Van Campenhout2 , and Ingrid De Wolf1,2 1 Department of Material Science, KU Leuven, Kasteelpark Arenberg 10, 3001 Leuven, Belgium,W2A.22 OFC 2025 © Optica Publishing Group 2025
【5】Low-noise Hybrid Ⅲ-Ⅴ/Si3N4 Laser with a Fast Wavelength Switching Range of 21 nm Yilin Wu 1,2 , Shuai Shao 1,2 , Sigang Yang 1,2 , Hongwei Chen 1,2 , and Minghua Chen 1,2, W2A.19 OFC 2025 © Optica Publishing Group 2025
【6】Widely Tunable InP-on-silicon Lasers based on the Micro-Transfer Printing of Double-Ridge Coupons Yang Liu,1* Ye Chen,1 Laurens Bogaert,1 Emadreza Soltanian,1 Evangelia Delli,1 Guy Lepage,2 Peter Verheyen,2 Joris Van Campenhout,2 Gunther Roelkens1 and Jing Zhang1,W1G.5 OFC 2025 © Optica Publishing Group 2025