开辟半导体激光新方向:量子点激光器最新进展

OFweek激光网 中字

  2、量子点激光器发射双峰

  2008年加拿大的研究人员制造出基于InP的量子点(QD)激光器,可同时在两个波峰处(λ=1543nm和1571nm)以自锁模脉冲方式发射的。最终在全光时钟提取和高比特传输等应用中,这两个波长起着重要的作用(Optics Letters 33 1702)。

  锁模具备了很短的期限、高功率激光器脉冲,非常适合快速的数据通讯。加拿大国家研究委员会(NRC)的Jiaren Liu表示,传统的锁模法是使用了两节器件,其中一个提供光增益,另一个作为饱和吸收体。此外他们也正研究一个工作在整个电流范围内的单节器件。

  QD材料生长技术的提升,导致了器件的阈值电流低、功率输出要高。“我们现在能很好地控制点的生长,生产出具有窄发射范围的高点密度,从而得到高性能的增益介质。”

  3、日本研制高温下稳定运行的硅基量子点激光器

  日本东京大学研制出了键合在硅基底上的1.3m量子点(QD)激光二极管(发表在《应用物理快报》2013年第六期,作者Katsuaki Tanabe等)。光子电路通常以硅为基底,但目前的光源通常采用化合物半导体研制。特别是,研究人员正在寻求大温度范围下稳定工作的器件,以实现更高的工作温度。东京大学的器件是采用硅掺杂部分P型砷化镓(GaAs)壁垒结合自行聚合砷化铟(InAs)形成量子点,以构建激光二极管的有源发光区域,再将这些器件键合到硅基底上。

  有源区域由8层P-GaAs壁垒中自行聚合的InAs 量子点结构组成。每层的点密度为6×1010/cm2。试验中对直接和金属介导两种键合工艺进行了测试,两种工艺研制的器件均可在超过100℃的条件下发射1.3m(光通信的O波段)的激光。这些结果证实了,采用晶圆键合工艺研制的硅上III-V族量子点激光器有望在高密度光子集成电路中实现温度稳定的运行。

  三、我国在量子点激光器领域进展情况

  980nm量子点激光器可广泛应用于大功率光纤放大泵浦源、激光手术刀、材料加工和防伪检测等领域;1.3 mm、1.55mm和可见光的单模量子点激光器在大容量光纤通信,高速光计算、光互联和信息处理等许多方面都有极其重要的应用前景。量子点激光器已成为目前国际上前沿研究的热点和重点方向之一。

  该项目在自组织量子点、量子线材料的可控生长和器件应用方面取得了多项突破性进展:

  (一) 研制成功In(Ga)As/GaAs、InAlAs/AlGaAs/GaAs和InAs/InAlAs/InP等一系列高质量的自组织量子点和量子线材料

  通过对所选材料体系应变分布的设计(高指数面衬底、特殊设计的缓冲层和种子层诱导作用等)、生长动力学控制(生长温度、生长速率等)和优化生长工艺(多层垂直耦合量子点层数、隔离层的厚度和量子点的组分等),在原子、分子水平上初步实现了对量子点尺寸、形状、密度和分布有序性的控制,量子点材料的性能达到了国际先进水平。

  (二) 研制成功当时国际领先水平的大功率量子点激光材料和器件

  (1) 优化设计了有自己特色的量子点激光器的能带结构,使所研制的~980nm量子点激光器的阈值电流密度、输出功率和工作寿命等综合性能达到国际领先水平;

  (2) 创新性地设计了InAs/InGaAs/GaAs三层垂直耦合量子点复合结构,作为大功率量子点激光器的有源区,有效地提高了量子点的发光效率,并使量子点均匀性达到国际最好水平;

  (3) 首次采用退火来精确控制量子点激光器的输出波长,提高了成品率;

  (4) 所研制的大功率量子点激光器室温连续工作最大输出功率3.618W(未镀膜器件双面光功率之和),最低阈值电流密度218A/cm2,激射波长940~1080nm;0.61W工作寿命超过3760小时;用上述器件研制出室温连续输出功率达到10W的大功率量子点激光器光纤耦合模块。

声明: 本网站所刊载信息,不代表OFweek观点。刊用本站稿件,务经书面授权。未经授权禁止转载、摘编、复制、翻译及建立镜像,违者将依法追究法律责任。
侵权投诉

下载OFweek,一手掌握高科技全行业资讯

还不是OFweek会员,马上注册
打开app,查看更多精彩资讯 >
  • 长按识别二维码
  • 进入OFweek阅读全文
长按图片进行保存