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复旦大学陆明教授课题组研制成功首个全硅激光器
发表时间:2018-01-10 阅读次数:1206次

  复旦大学光科学与工程系吴翔教授、陆明教授和光源与照明工程系张树宇副教授合作团队基于所研发的高增益硅纳米晶薄膜,成功研制出世界上首全硅激光器。这一成果近期Science Bulletin以快报形式报道。陆明教授的博士研究生王东辰和张弛为并列第一作者,吴翔、陆明和张树宇为共同通讯作者

(a)DFB硅激光器的泵浦和发光示意图;插图:DFB激光器件的实物照片。(b)样品的PL谱随泵浦功率的变化;背景:DFB结构的横截面SEM图像。

 

 集成硅光电子结合了当今两大支柱产业微电子产业和光电子产业的精华,预期将在通信、传感、照明、显示、成像、检测等众多领域带来新的技术革命。

硅激光器是实现集成硅光电子的关键。由于硅的间接带隙结构特性,目前,硅的光增益较之通常的III-V族激光材料,仍有1-2个数量级的差距。为避开这个瓶颈,国际上将成熟的III-V族激光器制备在硅基片上,成为一种混合的硅基激光器。而以硅自身作为增益介质的全硅激光器可以更好地匹配现有硅工艺,大幅提升器件的可靠性,其研制既是科学技术上的挑战,也是集成硅光电子所必需。

  为了大幅增强硅的光增益,复旦大学吴翔教授、陆明教授和张树宇副教授合作团队,首先借鉴并发展了一种高密度硅纳米晶薄膜生长技术,由此显著提高了硅发光层发光强度;之后,为克服通常氢钝化方法无法充分饱和悬挂键缺陷这一问题,他们发展了一种新型的高压低温氢钝化方法,使得硅发光层的光增益一举达到通常III-V族激光材料(如GaAsInP等)的水平;在此基础上,他们设计和制备了相应的分布反馈式(DFB)谐振腔,最终成功获得光泵浦DFB全硅激光器。光泵浦全硅激光器的研制成功,也为下一步研制电泵浦全硅激光器提供了参考依据。

  实验发现,随着高压低温氢钝化的进行,硅发光层的光增益持续增强,最终达到GaAsInP的水平。实验中还观察到了满足激光产生条件的所有判据:阈值效应、谱线大幅收窄、偏振效应以及定向发射。激射峰值为770nm波长。之后他们又重复制备了相同结构的激光器由于各发光层的有效折射率略有差异,所得到的个激射峰值波长分布在760-770nm范围,半峰宽FWHM由激射前的约120nm缩小到激射后的7nm

  该项目是不同学科背景的老师通力合作的结果。本项目得到了国家自然科学基金(No. 51472051, 61275178, 61378080, 61705042)和上海市扬帆计划(16YF1400700)等提供支持

(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927318300069

 
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