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波長(zhǎng)范圍超過100納米的納米激光器問世

訊石光通訊網(wǎng)   發(fā)布時(shí)間:2008/9/16 10:51:51   編者:iccsz    
摘要：美國(guó)科學(xué)家將多重量子阱(multi-quantum well, MQW)納米線激光器的芯及外殼個(gè)別優(yōu)化，結(jié)果讓控制性及可調(diào)性達(dá)到前所未有的水平。這種微型光源能發(fā)出波長(zhǎng)介于365及494 nm的激光，亦即波長(zhǎng)可調(diào)范圍超過100 nm。
    美國(guó)科學(xué)家將多重量子阱(multi-quantum well, MQW)納米線激光器的芯及外殼個(gè)別優(yōu)化，結(jié)果讓控制性及可調(diào)性達(dá)到前所未有的水平。這種微型光源能發(fā)出波長(zhǎng)介于365及494 nm的激光，亦即波長(zhǎng)可調(diào)范圍超過100 nm。
 
    哈佛大學(xué)的Charles Lieber指出，該小組制作出第一個(gè)圍繞納米線芯的同心MQWs，這些MQW不但創(chuàng)下結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的新高，而且讓科學(xué)家得以分別研究納米線激光器的兩大要素：共振腔與增益介質(zhì)。該小組認(rèn)為這是朝獨(dú)立(free-standing)注入型納米激光器發(fā)展的第一步。
 
    納米線激光器并非新概念，但先前的研究都著重于均質(zhì)(homogeneous)的半導(dǎo)體，如氮化鎵(GaN)，這表示激光器的波長(zhǎng)取決于材料的能隙，所以無法設(shè)計(jì)與調(diào)整激光器特性。Lieber團(tuán)隊(duì)所制備的激光器則以GaN納米線芯為共振腔，InGaN/GaN組成的MQW外殼作為成份可調(diào)的增益介質(zhì)。在室溫下操作，只要改變銦的摻雜量，可使組件發(fā)光波長(zhǎng)從365 nm調(diào)至494 nm。
 
    Lieber表示，將增益介質(zhì)與共振腔分開研究的目的，是為了找到兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)的最好結(jié)構(gòu)效率。MQW納米線異質(zhì)結(jié)構(gòu)(heterostructures)包含3到26個(gè)量子阱，納米線直徑寬約200到400 nm，長(zhǎng)度約20到60 μm，并以波長(zhǎng)266 nm的Q開關(guān)摻釹釩酸釔(Nd:YVO4)激光器加以激發(fā)。
 
    Lieber團(tuán)隊(duì)目前朝多個(gè)方向研究，首先他們希望生長(zhǎng)更小的芯或增加披覆層，來降低激光器的閥值。由于增益介質(zhì)與共振模態(tài)間的耦合率較好，所以量子阱層數(shù)越多，激光器閾值就越低。Lieber認(rèn)為在最佳的共振腔結(jié)構(gòu)下，只要數(shù)個(gè)量子阱就能夠達(dá)成激光器。另外，他們也將研究電激發(fā)的可行性，例如嘗試在單一個(gè)納米線中結(jié)合MQW與摻質(zhì)調(diào)制，以獲得注入型納米激光器。
 
    Lieber表示，長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)應(yīng)該是電激發(fā)、多波長(zhǎng)、低閥值的納米激光器數(shù)組，而它們?cè)诋愘|(zhì)積體光電芯片中的應(yīng)用將是可預(yù)期的。詳見Nature Materials doi:10.1038/nmat2253。
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