von Light Publishing Center, Changchun Institut für Optik, Feinmechanik und Physik, CAS
On-Chip-Laserdioden, die auf Quantentopf- (QW) und Quantenpunkt- (QD) Halbleitermaterialien basieren, sind aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften, einschließlich hoher Leistungseffizienz, Hochtemperaturbetrieb und kleiner Formfaktoren, zur Haupttechnologie für verschiedene Anwendungen geworden. Obwohl QWs in großem Umfang in kommerziellen Produkten verwendet werden, haben sich QDs aufgrund ihrer einzigartigen nulldimensionalen Zustandsdichte und atomähnlichen Entartung als attraktive Alternative herausgestellt.
Die heterogene Integration von III-V-Lasern mit SiN-Mikroresonatoren, unterstützt durch Selbstinjektionsverriegelung, bietet nicht nur intrinsische Vorteile der Kompaktheit und Massenproduktion, sondern erhöht auch die Stabilität. Diese Technologie ermöglicht die Realisierung einer überlegenen Leistung in Bezug auf die Verengung der Linienbreite im Vergleich zu III-V-Lasern, die auf nativen Plattformen entwickelt wurden.
Eine neue Studie veröffentlicht in Licht: Wissenschaft und Anwendungen ist eine parametrische Untersuchung des Designs des aktiven Mediums von Verbundresonatorlasern. Das Forscherteam unter der Leitung von Professor Yating Wan vom Integrated Photonics Lab der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saudi-Arabien, Dr. Weng W. Chow von den Sandia National Laboratories, Albuquerque, USA, und Prof. Frédéric Grillot von LTCI, Télécom Paris, Institut Polytechnique de Paris, Frankreich, und Prof. John Bowers von der University of California Santa Barbara, USA, konzentrierten sich auf die Auswirkungen der Trägerquantenbeschränkung auf die dynamischen und spektralen Eigenschaften des verriegelten Verbundhohlraumgeräts.
Insbesondere untersuchten sie die erreichbare Emissionsspektralverfeinerung oder Linienbreitenverengung durch die Integration von III-V-QW- oder QD-Distributed-Feedback-Lasern (DFB) mit SiN-Mikroringresonatoren. „Bei richtiger Abstimmung und Synchronisierung auf einen oder mehrere Flüstergalerie-Modi des Mikrorings kann optisches Feedback in Form von Rayleigh-Rückstreuung eine drastische Reduzierung der Laserlinienbreite einer Laserdiode auf den Hz-Bereich ermöglichen“, sagt Emad Alkhazraji, der erste Autor des Papiers.
Die parametrische Untersuchung wurde mit einer multiobjektiven Design-Operation-Optimierungsanalyse von QW- und QD-Geräten über einen genetischen Algorithmus abgeschlossen. Anschließend wurde ein Mehrfachentscheidungsalgorithmus eingesetzt, um die optimalen Entwurfsbetriebspunkte für jede Optimierungsvariable zu identifizieren. „Diese Ergebnisse bieten Orientierung für umfassendere parametrische Studien, die zeitnahe Ergebnisse für den technischen Entwurf liefern können“, schließt Professor Yating Wan.
Mehr Informationen:
Emad Alkhazraji et al., Linienbreitenverengung bei selbstinjektionsverriegelten On-Chip-Lasern, Licht: Wissenschaft und Anwendungen (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01172-9
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