सिलिकॉन-आधारित क्वांटम डॉट लेजर सिलिकॉन वेवगाइड मोनोलिथ के साथ एकीकृत हैं
सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक चिप्स में कृत्रिम बुद्धिमत्ता, हाइपरस्केल डेटा सेंटर, उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग, प्रकाश उत्सर्जक रडार (LIDAR) और माइक्रोवेव फोटोनिक्स में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है। मोनोलिथिक रूप से एकीकृत सिलिकॉन-आधारित लेजर में कम बिजली की खपत और उच्च एकीकरण के फायदे हैं, जो ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट और हाई-स्पीड ऑप्टिकल संचार चिप्स के भविष्य के विकास की प्रवृत्ति हैं। हाल के वर्षों में, सिलिकॉन सब्सट्रेट्स पर समूह III-V क्वांटम डॉट (क्यूडी) लेजर के प्रत्यक्ष एपिटैक्सियल विकास ने उल्लेखनीय प्रगति की है, जिसने सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकीकरण के लिए एक ठोस आधार तैयार किया है, लेकिन सिलिकॉन-आधारित लेजर और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का अखंड एकीकरण अभी तक एहसास नहीं हुआ है.
बीजिंग में इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज (आईपीएस)/नेशनल रिसर्च सेंटर फॉर कंडेंस्ड मैटर फिजिक्स (एनआरसीपी) में जियानजुन झांग, टिंग वांग और जिहाओ वांग बड़े पैमाने पर सिलिकॉन-आधारित ऑन-चिप प्रकाश स्रोतों पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। हाल के वर्षों में स्केल सिलिकॉन-आधारित ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकीकरण, और सिलिकॉन-आधारित इंटीग्रेटेबल लेजर की दिशा में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है, जो प्रासंगिक अंतरराष्ट्रीय अनुसंधान क्षेत्रों में सबसे आगे है। हाल के वर्षों में उनके प्रतिनिधि कार्यों में सबसे चौड़े फ्लैट-टॉप क्वांटम डॉट फ्रीक्वेंसी कंघी लेजर की प्राप्ति शामिल है, जिसमें चार-लेजर सरणी के लिए 4.8 Tbit/s की ट्रांसमिशन दर है (फोटॉन। रेस। 2022; 10, 1308), और चरण-संग्राहक स्व-इंजेक्शन लॉकिंग (फोटॉन रेस. 2022; 10, 1308) द्वारा संकीर्ण लाइनविड्थ के साथ सिलिकॉन पर एपिटैक्सियल समूह III-V क्वांटम डॉट लेजर की प्राप्ति, साथ ही एपिटैक्सियल समूह III-V क्वांटम डॉट लेजर की प्राप्ति चरण-संग्राहक स्व-इंजेक्शन लॉकिंग द्वारा सिलिकॉन (फोटॉन। रेस। 2022; 10, 1840); और एसओआई-आधारित मोनोलिथिक रूप से एकीकृत आईएनए क्वांटम डॉट सिंगल ट्रांसवर्स मोड लेजर (एसीएस फोटॉन 2023; 10, 1813) की प्राप्ति का बीड़ा उठाया। टीम ने हाल ही में शंघाई जियाओतोंग विश्वविद्यालय के यिकाई सु और ज़ुहान गुओ और सोंगशान लेक मैटेरियल्स प्रयोगशाला के वेन्की वेई आदि के साथ सहयोग किया है। टीम की पिछली उच्च गुणवत्ता वाली सिलिकॉन-आधारित III-V सामग्रियों के आधार पर, टीम एक सिलिकॉन का प्रस्ताव करती है- एक ही SOI सब्सट्रेट (छवि 1) पर InAs/GaAs क्वांटम डॉट लेजर और सिलिकॉन वेवगाइड को एकीकृत करने के लिए आधारित एम्बेडेड एपिटैक्सी विधि, जो सिलिकॉन-आधारित लेजर से प्रकाश को सफलतापूर्वक पास करती है शोधकर्ताओं ने सिलिकॉन-आधारित लेजर से प्रकाश को सफलतापूर्वक जोड़ा एंडफेस के माध्यम से एक सिलिकॉन वेवगाइड के लिए, पहली बार लेजर और वेवगाइड के अखंड एकीकरण का एहसास हुआ, जिसे समीक्षक द्वारा "महान वैज्ञानिक और तकनीकी प्रभावों के साथ एक उत्कृष्ट शोध कार्य" के रूप में मूल्यांकन किया गया था, और यह क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण प्रगति है एकीकृत फोटोनिक्स"।
शोधकर्ताओं ने विभिन्न तापमानों पर एम्बेडेड लेजर के एलआई वक्रों और युग्मन के बाद आउटपुट पावर की जांच की। निरंतर-तरंग (सीडब्ल्यू) वर्तमान ऑपरेशन मोड में लेजर उत्तेजना तापमान 95 डिग्री या उससे अधिक तक हो सकता है, कमरे के तापमान की सीमा लगभग 50 एमए है, और 250 एमए के इंजेक्शन वर्तमान में 37 मेगावाट की अधिकतम आउटपुट पावर है। . 210 एमए के इंजेक्शन करंट पर, एम्बेडेड लेजर एक सिलिकॉन वेवगाइड (चित्र 2) से जुड़ा 6.8 मेगावाट की ऑप्टिकल शक्ति का उत्पादन करता है। इसके अलावा, यह पाया गया कि कई टेपर्ड टिप वाले एज कप्लर्स में एकल टिप वाले सामान्य रिवर्स-टेपर्ड कप्लर्स की तुलना में उच्च युग्मन दक्षता और बेहतर संरेखण सहनशीलता होती है, क्योंकि उनका स्पॉट आकार लेजर के मोड प्रोफाइल के समान होता है।
अध्ययन के नतीजे हाल ही में लाइट: साइंस एंड एप्लीकेशन (लाइट. साइंस. अप्ल. 12, 84 (2023)) में प्रकाशित हुए थे, जिसमें पहले लेखक वेनकी वेई थे, जो इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स, सीएएस में पोस्टडॉक्टरल फेलो हैं (अब एक सहयोगी शोधकर्ता हैं) सोंगशान लेक मैटेरियल्स लेबोरेटरी में), मैजेस्टिक यांग, एक डॉक्टरेट छात्र, हाओ ज़ी, एक सहयोगी शोधकर्ता, और एन हे, शंघाई जियाओतोंग विश्वविद्यालय में एक डॉक्टरेट छात्र। डॉ. हाओ वांग, एसोसिएट शोधकर्ता, और एन हे, पीएच. संबंधित लेखक रिसर्च फेलो जियानजुन झांग, एसोसिएट रिसर्च फेलो टिंग वांग, प्रोफेसर यिकाई सु और एसोसिएट प्रोफेसर जुहान गुओ हैं।
उपरोक्त शोध कार्य को चीन के राष्ट्रीय प्रमुख अनुसंधान और विकास कार्यक्रम, राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान उत्कृष्ट युवा कोष और शीर्ष-स्तरीय कोष, और चीनी विज्ञान अकादमी की युवा संवर्धन समिति द्वारा समर्थित किया गया था।
सिलिकॉन वेवगाइड्स के साथ सिलिकॉन आधारित क्वांटम डॉट लेजर का अखंड एकीकरण
चित्र 1. लेजर और वेवगाइड मोनोलिथिक एकीकृत उपकरण
चित्र 2. SOI-आधारित एकीकृत III-V क्वांटम डॉट लेजर की परिचालन विशेषताएँ
