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突破!中山大学研制超低阈值连续波量子点微型BIC激光器

激光制造网 来源:微光知远2023-07-18 我要评论(0 )   

近日,中山大学的研究团队,报道了一种超低阈值连续波量子点微型连续谱光子束缚态(BIC)激光器!该新型激光器,通过在InAs/GaAs外延量子点(QD)增益膜中制造小型化的BIC...

近日,中山大学的研究团队,报道了一种超低阈值连续波量子点微型连续谱光子束缚态(BIC)激光器!该新型激光器,通过在InAs/GaAs外延量子点(QD)增益膜中制造小型化的BIC腔,实现了1310 nm O波段的室温连续BIC激光器。上述成果以“Ultra-low threshold continuous-wave quantum dot mini-BIC lasers”为题,发表在国际学术期刊《Light: Science & Applications》上。

具有超低阈值和紧凑尺寸的激光器是光子集成电路中亟需的元件,其在高性能光通信、芯片级固态激光雷达和量子信息等领域有着广泛应用。实现这种激光器的一般方法是通过将增益材料嵌入具有高品质(Q)因子和/或小模式体积(V-mode)的小波长或亚波长尺度光学腔中来有效地捕获光并促进光-物质相互作用。

在平面光子晶体上通过引入缺陷型光子晶体(PhC)模式或连续谱中的光子束缚态(BIC)可实现低阈值激光。其中所报道的缺陷型PhC激光器虽然具有极小的V-mode,因此具有超低阈值,但其由于对结构紊乱的敏感性而存在不稳定性。故具有拓扑稳健性的BIC激光器是最有前途的替代结构之一。然而,具有高Q因子的PhC板或光栅中的辐射BIC(准BIC)模式通常需要扩展横向周期性结构来实现,以减少面内光泄漏,因此本质上限制了它进一步缩小尺寸。此外,BIC只能将光限制在垂直方向,使得其阈值难以进一步降低。

本工作提出了将O波段InAs/GaAs外延量子点增益材料与微型BIC腔相结合,实现了低阈值和小V-mode的连续波BIC激光器。利用微型BIC腔和量子点提供的光和载流子的三维约束,实现了小于20 μW的超低阈值和~2.5×2.5 μm2的小尺寸。

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图1:光子异质结构的微型bic腔示意图

该激光器为未来面向高容量光通信、传感和量子信息的光子集成电路提供了一个有极具前景的光源。
论文链接:https://doi.org/10.1038/s41377-023-01130-5


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