Блог

Jul 21, 2023

Освещая путь: квантовый поиск превосходства

Автор: Light Publishing Center, Чанчуньский институт оптики, 17 июля 2023 г. Они состоят из QW/QD DFB-лазеров III-V QW/QD и микрокольцевых резонаторов SiN. Авторы и права: Эмад Альхазраджи, Вен В. Чоу, Фредерик

Издательский центр Light, Чанчуньский институт оптики, 17 июля 2023 г.

Они состоят из DFB-лазеров QW/QD III-V и микрокольцевых резонаторов SiN. Авторы и права: Эмад Альхазраджи, Вен 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. Исследование, проведенное профессором Ятингом Ванем, изучило конструкцию и функциональность этих лазеров с композитным резонатором и дало ценную информацию для будущего развития технологии лазерных диодов.

Quantum well (QW) and quantum dot (QD) semiconductor materials-based on-chip laser diodes are now primary candidates in various applications. Their attractive features include high power efficiency, the ability to operate at high temperatures, and compact size. While QWs have been widely implemented in commercial products, QDs, with their unique zero-dimensional density of states and atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">атомоподобное вырождение являются многообещающей альтернативой.

Гетерогенная интеграция лазеров III-V с микрорезонаторами из нитрида кремния (SiN), чему способствует блокировка самоинжекции, добавляет существенные преимущества. К ним относятся компактность, потенциал производства больших объемов и повышенная стабильность. Эта технология обеспечивает превосходное сужение ширины линии по сравнению с лазерами III-V, выращенными на собственных платформах.

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

Исследование, недавно опубликованное в журнале Light Science & Application, посвящено параметрическому исследованию конструкции активной среды лазеров с композитным резонатором. Это исследование возглавляли профессор Ятинг Ван из Лаборатории интегрированной фотоники Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST), Саудовская Аравия, доктор Венг В. Чоу из Национальной лаборатории Сандии, 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 запертым композитным резонатором. Их особый акцент был сделан на уточнении спектра излучения или сужении ширины линии при интеграции лазеров с распределенной обратной связью (DFB) III-V с QW или QD с SiN-микрокольцевыми резонаторами. Эмад Альхазраджи, первый автор исследовательской работы, разъяснил принцип улучшения. «При правильной настройке и привязке к одному или нескольким режимам шепчущей галереи микрокольца оптическая обратная связь в форме обратного рэлеевского рассеяния может обеспечить резкое сокращение ширины линии генерации лазерного диода до уровня Гц», — объяснил Альхазраджи.

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

Параметрическое исследование завершилось многокритериальным анализом оптимизации конструкции и эксплуатации устройств QW и QD с помощью генетического алгоритма. Затем был использован алгоритм множественного принятия решений для определения оптимальных рабочих точек проектирования для каждой переменной оптимизации.

«Эти результаты служат руководством для более комплексных параметрических исследований, которые могут дать своевременные результаты для инженерного проектирования», — заключил профессор Ятин Ван. Исследование подчеркивает потенциал улучшения и дальнейшего развития в области лазерных диодных технологий.