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甬江实验室精准光子集成中心施跃春研究团队在理论分析的基础上，实验验证了π相移反对称布拉格光栅（π-ASBG）分布反馈半导体激光器的横模混合谐振特性，实现了纯净高阶模式的直接激发。
传统上，生成高阶横模通常需要借助外部的模式阶数转换器，这增加了系统集成的复杂性。本研究采用π-ASBG打破了这一技术限制，该激光器在腔内实现了基模（TE0）和一阶横模（TE1）之间的混合谐振，无需任何额外的模式转换器，该器件即可实现从前端面发射TE0模式，同时从后端面发射TE1模式，如图1所示。利用重构等效啁啾（REC）技术，结合全息曝光和采样的π相移反对称光栅结构，等效实现了目标光栅结构。
图1 π-ASBG分布反馈半导体激光器结构示意图。前端面输出TE0模式，后端面输出TE1模式。
该器件在测试中表现出优异的稳定性和输出性能：
在高达150 mA的注入电流范围内，激光器能够保持稳定运行，前端面输出TE0模式，后端面输出TE1模式，测试结果如图2所示。
图2 100 mA电流下(a) 后端面与(b) 前端面的远场分布图。其中，红色曲线（下方）和白色曲线（左侧）分别代表沿x方向和y方向的光强分布。(c) 后端面与(d) 前端面为随电流变化的 x 方向光强分布。
当电流达到150 mA时，TE0和TE1模式的输出功率分别达到了17.2 mW和15.6 mW。
在整个测量的电流范围内，这两种模式的发射波长保持一致。
在60至150 mA的电流范围内，TE0和TE1模式的边模抑制比（SMSR）分别稳定在38 dB和39 dB以上。
以上静态特性测试结果如图3所示。
图3 (a) 前、后端面P-I（功率-电流）与V-I（电压-电流）特性曲线。红色（蓝色）实线代表前（后）端面的P-I曲线，红色（蓝色）虚线对应V-I曲线。(b) 后端面与(c) 前端面在注入电流从40 mA至150 mA变化时的二维光谱图。(d) 两个端面的边模抑制比(SMSR)。注入电流在(e) 100 mA和(f) 40 mA时，两个端面各自对应的光谱图。
这种能够直接且稳定发射高质量高阶横模的激光器，在光通信、光计算、光传感以及光镊等新兴应用领域展现出了巨大的潜力。
团队介绍
甬江实验室精准光子集成中心目前已建设成一支拥有研究员系列，工程技术系列，博士后，以及硕博研究生在内的高水平复合型研究团队。研究团队在新型半导体激光器和光子混合集成方面具有10多年的研究基础。团队具有半导体激光器等核心光芯片设计，关键工艺制备，芯片封装与测试相关的高素质专业人才队伍与高水平技术能力。近年来，团队围绕新型半导体激光器设计及混合集成芯片技术攻关取得的主要科研业绩包括：申请相关专利35项；在Laser Photonics Rev.、Optica、Opt. Express、Opt. Letters、J. Lightwave Technol.等学术期刊上发表SCI论文80余篇；相关成果2025年获中国光学工程学会自然科学一等奖。我们诚挚欢迎海内外相关领域的优秀人才及莘莘学子加入团队，共同探索光子集成前沿，推动光电技术创新发展！
文章信息
TE1 mode emission in DFB semiconductor lasers based on hybrid mode resonance
Shenghong Xie; Miao Xv; Yong Zhao; Yining Liang; Laiwen Yu; Tongtong Yang; Lianping Hou; Xiangfei Chen; Feng Wang; Yuechun Shi
APL Photonics 10, 091301 (2025)
https://doi.org/10.1063/5.0284598
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期刊介绍
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