All-Si-лазер — новый виток развития интегрированной фотоники

В Шанхае был продемонстрирован All-Si DFB лазер (лазер с распределенной обратной связью) с оптической накачкой. Для разработки лазера исследователи использовали активные слои кремниевых нанокристаллов высокой плотности. Новый лазер обладает высоким оптическим усилением, хотя исторически кремниевые лазеры характеризовались низкой эффективностью.

 

Для повышения интенсивности излучения Si-лазера, исследователи из Университета Фудана разработали технологию выращивания пленки для нанокристаллов кремния высокой плотности. Затем они спроектировали и изготовили полость резонатора, используя эти нанокристаллы. Генерация излучения была получена за счет оптической накачки с фемтосекундными импульсами.

 

Исследователи использовали метод пассивации при высоком давлении и низкой температуре. Они определили, что, в сравнении с пассивацией водорода при нормальном давлении и высокой температуре (больше 500 ̊C) длительная пассивация при высоком давлении и относительно низких температурах способствовала полному насыщению разорванных связей. Это позволило получить оптическое усиление, сравнимое с тем, что было получено для арсенида галлия (GaAs) и фосфида индия (InP).

all si laser

 Схематическое изображение DFB Si-лазера. (а) Фотография изготовленного DFB устройства (врезка). Спектр излучения Si лазера как функция мощности накачки (b). Поперечное сечение структуры DFB (фон).

 

Встраиваемый слой нанокристалла кремния (Si NC слой) был подготовлен на плавленой кварцевой подложке. Коэффициент усиления слоя Si NC измерялся с помощью метода переменной длины полосы. Для корректировки измеренного усиления были внесены оптические потери методом смещения.

 

Пики генерации четырех образцов, изготовленных в одинаковых условиях, находились в спектральном диапазоне от 760 до 770 нм. Команда исследователей объяснила изменение пика генерации небольшой разницей в эффективных показателях преломления. Ширина полувысоты пика излучения сужалась примерно от 120 до 7 нм, когда лазер накачивался выше порога. По мнению исследователей, это первый в мире All-Si лазер. Такой лазер с оптической накачкой может привести к реализации All-Si лазера с электрической накачкой для интегральных микроэлектроники и оптоэлектроники, что позволит реализовать интегральную кремниевую фотонику.

 

По материалам https://www.photonics.com