片上单模CdS纳米线激光器

时间:2020-04-06 18:41 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

片上单模CdS纳米线激光器

近年来,将有源纳米线与片上平面波导集成用于片上光源的研究越来越受到重视。为了实现这一目标,中国科学家展示了一种高度紧凑的片上单模硫化镉纳米线激光器,将独立的硫化镉纳米线集成到氮化硅(SiN)光子芯片上。片上集成方案将为纳米线光子器件和片上光源提供新的机遇。

摘要近十年来,片上纳米光子学因其运算速度快、带宽宽、功耗低、结构紧凑等优点而受到越来越多的关注。虽然利用互补的金属氧化物半导体(CMOS)兼容技术已经成功地制造了许多片上纳米光子器件和电路,但片上光源仍然具有挑战性。另一方面,自底向上生长的半导体纳米线长期以来被用于纳米级波导激光器。近年来,将有源纳米线与片上平面波导集成用于片上光源的研究越来越受到重视。然而,由于独立式纳米线与片上平面波导在制作工艺、折射率和几何兼容性等方面存在较大差异,导致耦合效率相对较低、模式选择效率较低、再现率较低等问题尚未得到解决。

浙江大学光学科学与工程学院现代光学仪器国家重点实验室的科学家们在《光科学与应用》杂志上发表了一篇新论文,展示了一种具有高耦合效率的片上单模CdS纳米线激光器。模式选择采用马赫-曾德尔干涉仪(MZI)结构实现。当抽运强度超过4.9 kW/cm2的lasing阈值时,芯片上的单模lasing大约在518.9 nm处实现,线宽为0.1 nm,边模抑制比为20 (13 dB)。通过倏逝耦合将纳米线激光器的输出高效率地导至片上的正弦波导中(最高可达58%),通过预先设计正弦波导的耦合长度,可使两个输出端口之间的定向耦合率达到90% ~ 10%。得益于现有纳米线材料的多样性和带隙工程的高灵活性,这里演示的片上集成方案可以很容易地扩展到实现从紫外到近红外范围的片上纳米激光器,这可能为半导体纳米线和片上光子器件提供新的机会。

这些科学家总结了激光的制造和工作原理:“我们使用光学显微镜下的微操作,将CdS纳米线集成到SiN芯片上,形成具有良好再现性的混合MZI结构。通过使用MZI模式选择,我们在单模态下操作激光。我们还可以通过改变波导弯曲的耦合长度来改变lasing MZI的两个端口之间的输出比。

“混合MZI的总体规模结构保持低于100μm。光纤到芯片的光栅耦合器被设计在SiN波导的两端,它将来自芯片上的SiN波导的激光信号耦合到标准光纤中进行光学表征。

”通过比较激光输出强度的纳米线和光栅区域结束,我们估计部分权力流向罪恶波导大约58%,远高于先前的结果在芯片集成纳米线激光,并可以进一步改进优化纳米线和罪恶波导之间的耦合效率,”他们补充说。

“受益于伟大的多样性可用的纳米线能带隙工程材料和高灵活性,这里展示的芯片上集成方案可以很容易扩展实现片上nanolasers从紫外到近红外范围,和片上单模纳米线激光可能因此提供了一个机会来开发芯片上的物理和生化光学传感器稳定性和较高的密实度,”科学家们的预测。

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