Laser titik kuantum berbasis silikon terintegrasi dengan monolit pandu gelombang silikon
Chip optoelektronik berbasis silikon memiliki beragam aplikasi dalam kecerdasan buatan, pusat data skala besar, komputasi kinerja tinggi, radar pemancar cahaya (LIDAR), dan fotonik gelombang mikro. Laser berbasis silikon yang terintegrasi secara monolitik memiliki keunggulan konsumsi daya yang rendah dan integrasi yang tinggi, yang merupakan tren pengembangan interkoneksi optik dan chip komunikasi optik berkecepatan tinggi di masa depan. Dalam beberapa tahun terakhir, pertumbuhan epitaksi langsung laser grup III-V quantum dot (QD) pada substrat silikon telah membuat kemajuan luar biasa, meletakkan dasar yang kuat untuk integrasi optoelektronik berbasis silikon, namun integrasi monolitik laser berbasis silikon dan perangkat optoelektronik belum terealisasi.
Jianjun Zhang, Ting Wang, dan Zihao Wang di Institut Fisika, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (IPS)/Pusat Penelitian Nasional untuk Fisika Benda Terkondensasi (NRCP) di Beijing telah berfokus pada sumber cahaya on-chip berbasis silikon untuk skala besar. skala integrasi optoelektronik berbasis silikon dalam beberapa tahun terakhir, dan telah membuat kemajuan signifikan dalam arah laser terintegrasi berbasis silikon, yang berada di garis depan bidang penelitian internasional yang relevan. Karya perwakilannya dalam beberapa tahun terakhir termasuk realisasi laser sisir frekuensi titik kuantum datar terluas, dengan kecepatan transmisi 4,8 Tbit/s untuk susunan empat laser (Photon. Res. 2022; 10, 1308), dan realisasi laser titik kuantum kelompok III-V epitaksi pada silikon dengan lebar garis sempit dengan penguncian injeksi mandiri termodulasi fase (Photon. Res. 2022; 10, 1308), serta realisasi laser titik kuantum kelompok epitaksi III-V pada silikon dengan penguncian injeksi mandiri termodulasi fase (Foton. Res. 2022; 10, 1840); dan memelopori realisasi laser mode transversal tunggal kuantum dot kuantum dot terintegrasi monolitik berbasis SOI (ACS Photon. 2023; 10, 1813). Tim baru-baru ini berkolaborasi dengan Yikai Su dan Xuhan Guo dari Universitas Shanghai Jiaotong dan Wenqi Wei dari Laboratorium Bahan Danau Songshan, dll. Berdasarkan bahan III-V berbasis silikon berkualitas tinggi yang sebelumnya dimiliki tim, tim mengusulkan silikon- metode epitaksi tertanam berbasis untuk mengintegrasikan laser titik kuantum InAs/GaAs dan pandu gelombang silikon pada substrat SOI yang sama (Gbr. 1), yang berhasil melewatkan cahaya dari laser berbasis silikon melalui Para peneliti berhasil memasangkan cahaya dari laser berbasis silikon ke pandu gelombang silikon melalui permukaan akhir, mewujudkan integrasi monolitik laser dan pandu gelombang untuk pertama kalinya, yang dievaluasi oleh pengulas sebagai "sebuah karya penelitian yang sangat baik dengan dampak ilmiah dan teknologi yang besar, dan ini merupakan kemajuan yang signifikan di bidangnya. fotonik terintegrasi".
Para peneliti menyelidiki kurva LI laser yang tertanam pada suhu yang berbeda dan daya keluaran setelah penggandengan. Suhu eksitasi laser dalam mode operasi arus gelombang kontinu (CW) dapat mencapai 95 derajat atau lebih, dengan arus ambang batas suhu ruangan sekitar 50 mA, dan daya keluaran maksimum 37 mW pada arus injeksi 250 mA . Pada arus injeksi 210 mA, laser tertanam menghasilkan daya optik sebesar 6,8 mW yang digabungkan ke pandu gelombang silikon (Gbr. 2). Selain itu, ditemukan bahwa skrup tepi dengan ujung meruncing ganda memiliki efisiensi penggandengan lebih tinggi dan toleransi penyelarasan yang lebih baik dibandingkan skrup meruncing terbalik dengan ujung tunggal karena ukuran titiknya yang lebih mirip dengan profil mode laser.
Hasil penelitian ini baru-baru ini dipublikasikan di Light: Science & Application (Light. Sci. Appl. 12, 84 (2023)), dengan penulis pertama Wenqi Wei, seorang rekan postdoctoral di Institute of Physics, CAS (sekarang menjadi peneliti asosiasi di Laboratorium Bahan Danau Songshan), Majestic Yang, seorang mahasiswa doktoral, Hao Zi, seorang peneliti asosiasi, dan An He, seorang mahasiswa doktoral di Universitas Shanghai Jiaotong. Hao Wang, Peneliti Madya, dan An He, Ph. Penulis koresponden adalah Rekan Peneliti Jianjun Zhang, Rekan Peneliti Madya Ting Wang, Prof. Yikai Su dan Rekan Prof. Xuhan Guo.
Pekerjaan penelitian di atas didukung oleh Program Penelitian dan Pengembangan Kunci Nasional Tiongkok, Dana Pemuda Berprestasi Ilmu Pengetahuan Alam Nasional dan Dana Tingkat Atas, serta Komite Promosi Pemuda dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok.
Integrasi Monolitik Laser Quantum Dot Berbasis Silikon dengan Pandu Gelombang Silikon
Gambar 1. Perangkat terintegrasi monolitik laser dan pandu gelombang
Gambar 2. Karakteristik pengoperasian laser titik kuantum III-V terintegrasi berbasis SOI
