Verdens første siliciumlaser

Integreret siliciumfotonik inkorporerer mikroelektronik og optoelektronik, en kombination, der forventes at revolutionere en række forskellige områder såsom kommunikation, sansning, belysning, skærme, billeddannelse og detektion. Siliciumlasere er nøglen til at opnå integreret siliciumfotonik. Imidlertid, de optiske forstærkninger af silicium er lavere end for III-V sammensatte halvledere med en størrelsesorden eller to, på grund af dens indirekte bandgap-funktion. Selvom fremstillingen af ​​modnede III-V-sammensatte lasere på siliciumsubstrater er blevet foreslået for at omgå dette problem, udviklingen af ​​siliciumlaser er ønsket til integreret siliciumfotonik på grund af bedre kompatibilitet med moderne siliciumteknikker.

For nylig, et fælles forskerhold ledet af prof. X. Wu, Prof. M. Lu og associeret prof. S.-Y. Zhang fra Fudan University udviklede verdens første siliciumlaser ved hjælp af siliciumnanokrystaller med høj optisk forstærkning. Først, de øgede siliciumemissionsintensiteten meget ved at udvikle en filmvækstteknik til siliciumnanokrystaller med høj densitet ( Physica E , 89, 57-60 (2017)). Derefter udviklede de en højtryks-lavtemperatur-passiveringstilgang, hvilket bidrog til en fuld mætning af dinglende bånd, førte til øgede optiske gevinster, der var sammenlignelige med dem opnået med galliumarsenid (GaAs) og indiumphosphid (InP). På dette grundlag, de designede og fremstillede distribueret feedback (DFB) resonanshulrum og opnåede med succes optisk pumpede DFB-lasere af silicium. Den optisk pumpede siliciumlaser baner også vejen mod realiseringen af ​​elektrisk pumpet siliciumlaser.

Den optiske forstærkning af siliciumnanokrystaller blev konstant forbedret, efterhånden som passiveringen fortsatte og til sidst nåede værdien sammenlignelig med GaAs og InP. Laseregenskaber - tærskeleffekten, polariseringsafhængighed, den betydelige spektrale indsnævring og lille spredning af divergensvinklen for stimuleret emission - blev opfyldt, foreslår realiseringen af ​​en optisk pumpet siliciumlaser. Laserne viste også pålidelig repeterbarhed. Laseringstoppene af de fire yderligere prøver fremstillet under lignende fremstillingsbetingelser var inden for det spektrale område på 760 nm til 770 nm. Variationen i laserspidsen skyldtes den lille forskel i effektive brydningsindekser. Den fulde bredde-ved-halv-maksimum (FWHM) af emissionstoppen blev indsnævret fra ~120 nm til 7 nm, når laseren blev pumpet over tærskelværdien.