Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойТехнологииОсвещая путь: квантовый поиск превосходных встроенных лазеров

Освещая путь: квантовый поиск превосходных встроенных лазеров

- Advertisement -

Они состоят из лазеров III-V QW/QD DFB и микрокольцевых резонаторов SiN. Авторы и права: Эмад Альхазраджи, Венг В. Чоу, Фредерик Грилло, Джон Э. Бауэрс и Ятинг Ван.

Лазерные диоды на основе полупроводниковых материалов с квантовыми ямами (QW) и квантовыми точками (QD), интегрированные с микрорезонаторами SiN, демонстрируют многообещающий потенциал благодаря их высокой энергоэффективности и компактным размерам. В исследовании, проведенном профессором Ятингом Ваном, изучалась конструкция и функциональность этих лазеров с композитным резонатором, что дало ценную информацию для будущего развития технологии лазерных диодов.

Лазерные диоды с квантовыми точками и квантовыми ямами: будущее микрорезонаторов

Встроенные лазерные диоды на основе полупроводниковых материалов с квантовыми ямами (QW) и квантовыми точками (QD) в настоящее время являются основными кандидатами для различных приложений. К их привлекательным особенностям относятся высокая энергоэффективность, способность работать при высоких температурах и компактные размеры. В то время как квантовые ямы широко внедрялись в коммерческие продукты, КТ с их уникальной нульмерной плотностью состояний и атом-подобно вырождению, являются многообещающей альтернативой.

Гетерогенная интеграция лазеров III-V с микрорезонаторами из нитрида кремния (SiN), облегчаемая блокировкой самоинжекции, добавляет внутренних преимуществ. К ним относятся компактность, возможность производства больших объемов и повышенная стабильность. Эта технология обеспечивает превосходную производительность сужения ширины линии по сравнению с лазерами III-V, выращенными на собственных платформах.

Ширина линии и характеристики генерации III Лазер на КТ VSiN

a,b Зависимость ширины линии на полувысоте лазера на КТ III-V/SiN от плотности тока инжекции для различных слоев КТ (а) и плотности КТ (б). c, d Цветовые карты выходной мощности (слева) и эффективности розетки (справа) в зависимости от слоев КТ (c) и плотности КТ (d). Авторы и права: Эмад Альхазраджи, Венг В. Чоу, Фредерик Грилло, Джон Э. Бауэрс и Ятинг Ван.

Новое исследование исследует квантовые ямы и устройства с квантовыми точками

Исследование, недавно опубликованное в журнале Наука о свете и применение занялся параметрическими исследованиями конструкции активной среды лазеров с составным резонатором. Это исследование возглавляли профессор Ятинг Ван из Лаборатории интегрированной фотоники Университета науки и технологий имени короля Абдуллы (KAUST), Саудовская Аравия, доктор Венг В. Чоу из Национальной лаборатории Сандия, Альбукерке, США, профессор Фредерик Грилло из LTCI, Télécom Paris, Политехнический институт Парижа, Франция, и профессор Джон Бауэрс из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, США.

Команда сосредоточилась на влиянии квантового ограничения носителей на динамические и спектральные характеристики устройства с закрытым композитным резонатором. Их особый акцент был сделан на уточнении спектра излучения или сужении ширины линии при интеграции лазеров III-V QW или QD с распределенной обратной связью (DFB) с микрокольцевыми резонаторами SiN. Эмад Альхазраджи, первый автор исследовательской работы, разъяснил принцип улучшения. «При правильной настройке и привязке к одной или нескольким модам шепчущей галереи микрокольца оптическая обратная связь в форме обратного рэлеевского рассеяния может обеспечить резкое уменьшение ширины линии генерации лазерного диода до уровня Гц», — пояснил Альхазраджи.

Оптимизация интегрированных лазеров III VSiN с квантовыми точками и квантовыми ямами

Он показывает пространство проектирования 4D и оптимальные точки для каждого устройства. Авторы и права: Эмад Альхазраджи, Венг В. Чоу, Фредерик Грилло, Джон Э. Бауэрс и Ятинг Ван.

Выводы и последствия для будущего дизайна

Параметрическое исследование было завершено многоцелевым анализом оптимизации конструкции и работы устройств QW и QD с помощью генетического алгоритма. Затем был использован алгоритм с несколькими решениями для определения оптимальных точек проектирования и эксплуатации для каждой переменной оптимизации.

«Эти результаты служат ориентиром для более всесторонних параметрических исследований, которые могут дать своевременные результаты для инженерного проектирования», — заключил профессор Ятинг Ван. В исследовании подчеркивается потенциал для улучшения и дальнейшего развития технологии лазерных диодов.

Ссылка: «Сужение ширины линии во встроенных лазерах с самоинжекцией», авторы Эмад Альхазраджи, Венг В. Чоу, Фредерик Грилло, Джон Э. Бауэрс и Ятинг Ван, 28 июня 2023 г., Наука о свете и приложения.
DOI: 10.1038/s41377-023-01172-9

Финансирование: Агентство перспективных исследовательских проектов-Энергетика (ARPA-E), Министерство энергетики США, Американский институт производства (AIM) Integrated Photonics.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме