基于波导倏逝耦合的硅基片上量子点激光器的仿真设计

针对目前硅基光电子芯片缺失片上光源这一问题,设计了一种基于波导倏逝耦合的硅基片上量子点激光器。整体结构基于绝缘体上硅(Silicon on Insulator,SOI)平台引入倏逝波耦合结构来完成量子点增益芯片和波导间的耦合,利用布拉格光栅形成激光腔体来完成光放大和波长选择功能。通过Lumerical仿真软件对O波段硅基片上光源的锥形(taper)耦合器结构和布拉格光栅结构进行了优化。结果表明,长142μm的锥形耦合器具有最高的耦合效率;长于30μm的锥形光斑塑形波导可以使光束以更低损耗在片上传输;优化后的布拉格光栅在波导两端的长度为110μm和240μm,分别实现了40%和90%的反射率。两段布拉格光栅形成谐振腔,放大并选择出1.31μm波长。文中设计显著提高了硅基片上光源整体的发光效率并降低了成本,实现了超过98%的耦合效率,且与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺兼容。相关研究结果可为后续工艺设计和实验验证提供数据支持。