低阈值和持久纳米线激光的异质结构和q因子工程

时间:2020-04-06 18:34 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

低阈值和持久纳米线激光的异质结构和q因子工程

半导体纳米线激光器是片上集成光电子器件的重要组成部分。然而,硅集成的、室温的、连续工作的和电抽运的纳米线激光器还没有被证明。本文提出了一种利用间接-直接带散射实现低阈值准四能级激光的方法。这是通过使用高q腔,并使用时间门控干涉技术,端面反射率是直接测量的第一次。

在过去的十年中,光子计算的概念——电子被微电子电路中的光所取代——已经成为一种未来的技术。这意味着低成本、超高速和潜在的量子增强计算,以及在高效机器学习和神经形态计算中的特殊应用。虽然计算元件和探测器已经开发出来,但对纳米级、高密度和易集成光源的需求仍然没有得到满足。半导体纳米线被认为是一个潜在的候选人,因为它们的尺寸小(在光的波长的顺序上),直接生长到工业标准硅上的可能性,以及它们对现有材料的使用。然而,到目前为止,这种硅上的纳米线激光器还没有被证明可以在室温下连续工作。

在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中,来自英国曼彻斯特光子科学研究所的科学家与伦敦大学学院和华威大学的同事演示了一种实现低门槛可集成硅纳米线激光器的新途径。基于由纳米线平台实现的新型直接-间接半导体异质结构,他们在室温下演示了多纳秒激光。一个关键的设计元素是需要高反射率的纳米线末端;这通常是一个具有挑战性的需求,因为常用的增长方法不允许对高质量的最终方面进行简单的优化。然而,在这项研究中,通过使用一种新型的时间门控干涉仪,研究人员证明,由于受到光的限制,反射率可以超过70%——大约是传统平端激光器的两倍。

总之,新型的材料结构和高质量的腔有助于低激光阈值——一种在纳米线中激活激光所需的能量的度量——只有6uJ/cm2,比之前证明的要低几个数量级。这种新方法不仅提供了高质量的纳米硅,而且MBE生长提供了高产量的功能线,超过85%的测试纳米线在没有热损伤的情况下全功率工作。这种高产量对这种新结构的产业整合至关重要。

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