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Jul 21, 2023

道を照らす: 優れたオンのための量子クエスト

長春光学研究所Light Publishing Centerより、2023年7月17日 これらは、III-V QW/QD DFB レーザーと SiN マイクロリング共振器で構成されています。 クレジット: Emad Alkhazraji、Weng W. Chow、Frédéric

長春光学研究所、Light Publishing Center 2023 年 7 月 17 日

これらは、III-V QW/QD DFB レーザーと SiN マイクロリング共振器で構成されています。 クレジット: Emad Alkhazraji、Weng W. Chow、Frédéric Grilot、John E. Bowers、Yating Wan

SiN 微小共振器と統合された量子井戸 (QW) および量子ドット (QD) 半導体材料ベースのレーザー ダイオードは、その高い電力効率とコンパクトなサイズにより有望な可能性を示しています。 Yating Wan 教授が主導した研究では、これらの複合キャビティ レーザーの設計と機能が調査され、将来のレーザー ダイオード技術開発に貴重な洞察が提供されました。

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"}]">原子のような縮退は、有望な代替手段です。

III-V 族レーザーと窒化ケイ素 (SiN) 微小共振器の異種統合は、自己注入ロックによって促進され、固有の利点が追加されます。 これらには、コンパクトさ、大量生産の可能性、安定性の向上が含まれます。 このテクノロジーにより、ネイティブ プラットフォームで成長した III-V レーザーと比較して、優れた線幅狭化性能が実現します。

a、b 異なる QD 層 (a) および QD 密度 (b) の注入電流密度の関数としての III-V/SiN QD レーザーの線幅 FWHM。 c、d QD層（c）とQD密度（d）の関数としての出力電力（左）とコンセント効率（右）のカラーマップ。 クレジット: Emad Alkhazraji、Weng W. Chow、Frédéric Grilot、John E. Bowers、Yating Wan

Light Science & Application 誌に最近掲載された研究では、複合共振器レーザーの活性媒質の設計に関するパラメトリック調査に踏み込みました。 この研究は、サウジアラビアのキング・アブドラ科学技術大学 (KAUST) の統合フォトニクス研究室の Yating Wan 教授、米国アルバカーキのサンディア国立研究所の Weng W. Chow 博士、LTCI の Frédéric Grilot 教授が主導しました。フランスのパリ工科大学テレコム・パリ、および米国カリフォルニア大学サンタバーバラ校のジョン・バウワーズ教授。

研究チームは、ロックされた複合キャビティデバイスの動的およびスペクトル特性に対するキャリア量子の閉じ込めの影響に焦点を当てました。 彼らが特に重点を置いたのは、III-V QW または QD 分布帰還 (DFB) レーザーを SiN マイクロリング共振器と統合する際の、発光スペクトルの改良、つまり線幅の狭化でした。 研究論文の筆頭著者であるエマド・アルカズラジ氏は、改善の背後にある原理を明らかにした。 「マイクロリングのウィスパリングギャラリーモードの1つまたは複数に適切に調整されロックされている場合、レイリー後方散乱の形での光フィードバックにより、レーザーダイオードの発振線幅をHzレベルまで大幅に縮小することが可能になります」とAlkhazraji氏は説明した。

4次元の設計空間と各デバイスの最適なポイントを示します。 クレジット: Emad Alkhazraji、Weng W. Chow、Frédéric Grilot、John E. Bowers、Yating Wan

パラメトリック調査は、遺伝的アルゴリズムによる QW デバイスと QD デバイスの両方の多目的設計動作最適化分析によって完了しました。 次に、複数決定アルゴリズムを使用して、各最適化変数の最適な設計操作点を決定しました。

「これらの発見は、工学設計においてタイムリーな結果を生み出すことができる、より包括的なパラメトリック研究への指針を提供します」と Yating Wan 教授は結論付けました。 この研究は、レーザーダイオード技術の分野における改善とさらなる発展の可能性を浮き彫りにしています。