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Jul 21, 2023

길을 밝히다: 우수한 기술을 향한 양자 탐구

By Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics 2023년 7월 17일 그들은 III-V QW/QD DFB 레이저와 SiN 마이크로링 공진기로 구성됩니다. 출처: Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric

By Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics2023년 7월 17일

이는 III-V QW/QD DFB 레이저와 SiN 마이크로링 공진기로 구성됩니다. 출처: Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric Grillot, John E. Bowers, Yating Wan

SiN 마이크로공진기와 통합된 양자우물(QW) 및 양자점(QD) 반도체 재료 기반 레이저 다이오드는 높은 전력 효율과 컴팩트한 크기로 인해 유망한 잠재력을 보여줍니다. Yating Wan 교수가 주도한 연구에서는 이러한 복합 공동 레이저의 설계와 기능을 탐구하여 미래의 레이저 다이오드 기술 개발에 대한 귀중한 통찰력을 제공했습니다.

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"}]">원자와 같은 퇴화는 유망한 대안입니다.

자체 주입 잠금을 통해 촉진되는 질화 규소(SiN) 마이크로 공진기와 III-V 레이저의 이종 통합은 본질적인 이점을 추가합니다. 여기에는 소형화, 대량 생산 가능성, 향상된 안정성이 포함됩니다. 이 기술은 기본 플랫폼에서 성장한 III-V 레이저에 비해 탁월한 선폭 축소 성능을 제공합니다.

a, b 다양한 QD 층(a) 및 QD 밀도(b)에 대한 주입 전류 밀도의 함수로서 III-V/SiN QD 레이저의 선폭 FWHM. c, d QD 층(c) 및 QD 밀도(d)의 함수로서 출력 전력(왼쪽) 및 벽면 플러그 효율(오른쪽)의 컬러맵. 출처: Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric Grillot, John E. Bowers, Yating Wan

최근 Light Science & Application 저널에 발표된 연구에서는 복합 공동 레이저의 활성 매질 설계에 대한 매개변수 조사를 진행했습니다. 이 연구는 사우디 아라비아의 King Abdullah University of Science and Technology(KAUST) 통합 포토닉스 연구소의 Yating Wan 교수, 미국 앨버커키의 Sandia National Laboratories의 Weng W. Chow 박사, LTCI의 Frédéric Grillot 교수가 이끌었습니다. Télécom Paris, 프랑스 파리 폴리테크닉 연구소(Institut Polytechnique de Paris), 미국 캘리포니아 대학교 산타바바라(University of California Santa Barbara)의 John Bowers 교수.

팀은 고정된 복합 공동 장치의 동적 및 스펙트럼 특성에 대한 캐리어 양자 구속의 영향에 중점을 두었습니다. 특히 III-V QW 또는 QD 분산 피드백(DFB) 레이저를 SiN 마이크로링 공진기와 통합할 때 방출 스펙트럼 개선 또는 선폭 축소에 중점을 두었습니다. 연구 논문의 첫 번째 저자인 Emad Alkhazraji는 개선의 원리를 명확히 했습니다. Alkhazraji는 “마이크로링의 속삭이는 갤러리 모드 중 하나 이상에 적절하게 조정되고 고정되면 레일리 후방 산란 형태의 광학 피드백을 통해 레이저 다이오드의 레이저 선폭을 Hz 수준으로 대폭 줄일 수 있습니다.”라고 Alkhazraji는 설명했습니다.

4D 설계 공간과 각 장치별 최적 지점을 보여줍니다. 출처: Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric Grillot, John E. Bowers, Yating Wan

파라메트릭 조사는 유전자 알고리즘을 통한 QW 및 QD 장치 모두의 다목적 설계-작동 최적화 분석으로 마무리되었습니다. 그런 다음 각 최적화 변수에 대한 최적의 설계 작업 지점을 결정하기 위해 다중 결정 알고리즘이 사용되었습니다.

Yating Wan 교수는 “이러한 연구 결과는 엔지니어링 설계에 대한 시기적절한 결과를 생성할 수 있는 보다 포괄적인 매개변수 연구에 대한 지침을 제공합니다.”라고 결론지었습니다. 이 연구는 레이저 다이오드 기술 분야의 개선 및 추가 개발 가능성을 강조합니다.