Jul 21, 2023
Iluminando el camino: la búsqueda cuántica de lo superior
Por Light Publishing Center, Instituto de Óptica de Changchun 17 de julio de 2023 Están compuestos por láseres III-V QW/QD DFB y resonadores de microanillos de SiN. Crédito: Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric
Por Light Publishing Center, Instituto de Óptica de Changchun 17 de julio de 2023
Están compuestos por láseres III-V QW/QD DFB y resonadores de microanillos SiN. Crédito: Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric Grillot, John E. Bowers y Yating Wan
Los diodos láser basados en materiales semiconductores de pozo cuántico (QW) y punto cuántico (QD) integrados con microresonadores de SiN muestran un potencial prometedor debido a su alta eficiencia energética y tamaño compacto. Un estudio dirigido por el profesor Yating Wan exploró el diseño y la funcionalidad de estos láseres de cavidad compuesta, ofreciendo información valiosa para el futuro desarrollo de la tecnología de diodos láser.
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"}]">la degeneración atómica, son una alternativa prometedora.
La integración heterogénea de láseres III-V con microresonadores de nitruro de silicio (SiN), facilitada por el bloqueo de autoinyección, agrega beneficios intrínsecos. Estos incluyen compacidad, potencial de producción de alto volumen y mayor estabilidad. Esta tecnología permite un rendimiento superior de reducción del ancho de línea en comparación con los láseres III-V desarrollados en plataformas nativas.
a, b Ancho de línea FWHM del láser III-V/SiN QD en función de la densidad de corriente de inyección para diferentes capas QD (a) y densidades QD (b). c,d Mapas de colores de la potencia de salida (izquierda) y la eficiencia del enchufe de pared (derecha) como funciones de las capas QD (c) y la densidad QD (d). Crédito: Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric Grillot, John E. Bowers y Yating Wan
Un estudio publicado recientemente en la revista Light Science & Application se sumergió en una investigación paramétrica del diseño del medio activo de los láseres de cavidad compuesta. Esta investigación fue dirigida por el Profesor Yating Wan del Laboratorio de Fotónica Integrada de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST), Arabia Saudita, el Dr. Weng W. Chow de los Laboratorios Nacionales Sandia, Albuquerque, EE. UU., el Prof. Frédéric Grillot de LTCI, Télécom Paris, Institut Polytechnique de Paris, Francia, y el Prof. John Bowers de la Universidad de California en Santa Bárbara, EE.UU.
El equipo se centró en el impacto del confinamiento cuántico del portador en las características dinámicas y espectrales del dispositivo de cavidad compuesta bloqueado. Su énfasis específico estuvo en el refinamiento espectral de emisión, o reducción del ancho de línea, al integrar láseres de retroalimentación distribuida (DFB) III-V QW o QD con resonadores de microanillos de SiN. Emad Alkhazraji, el primer autor del artículo de investigación, aclaró el principio detrás de la mejora. "Cuando se sintoniza correctamente y se bloquea en uno o más de los modos de galería susurrante del microanillo, la retroalimentación óptica en forma de retrodispersión de Rayleigh puede permitir reducciones drásticas en el ancho de la línea láser de un diodo láser al nivel de Hz", explicó Alkhazraji.
Muestra el espacio de diseño 4D y los puntos óptimos para cada dispositivo. Crédito: Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric Grillot, John E. Bowers y Yating Wan
La investigación paramétrica concluyó con un análisis de optimización de diseño y operación multiobjetivo de dispositivos QW y QD mediante un algoritmo genético. Luego se empleó un algoritmo de decisión múltiple para determinar los puntos óptimos de diseño-operación para cada variable de optimización.
"Estos hallazgos proporcionan orientación para estudios paramétricos más completos que pueden producir resultados oportunos para el diseño de ingeniería", concluyó el profesor Yating Wan. El estudio destaca el potencial de mejora y desarrollo futuro en el campo de la tecnología de diodos láser.
Referencia: “Estrechamiento del ancho de línea en láseres en chip bloqueados por autoinyección” por Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric Grillot, John E. Bowers y Yating Wan, 28 de junio de 2023, Light Science & Applications.DOI: 10.1038/s41377 -023-01172-9
Financiamiento: Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía (ARPA-E), Departamento de Energía de EE. UU., Fotónica Integrada del Instituto Americano de Fabricación (AIM).