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一、量子點(diǎn)激光器最新進(jìn)展
來自加州大學(xué)Santa Barbara分校UCSB的華裔學(xué)生Alan Y. Liu和同事，包括John E. Bowers教授和Arthur C. Gossard教授，發(fā)展了一種新的量子點(diǎn)激光器，并稱這項(xiàng)技術(shù)讓光子器件的成本可以比擬微電子器件。
Liu和他的同事們的做法是直接在硅襯底上用分子束外延技術(shù)生長量子點(diǎn)激光器。他們的貢獻(xiàn)在于不僅能夠在硅襯底上生長量子點(diǎn)激光器，而且讓這種量子點(diǎn)激光器的性能可以比擬傳統(tǒng)的量子點(diǎn)激光器的性能。這將是向著未來低成本大容量光子集成的重要一步。
量子點(diǎn)激光器是半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域的最前沿技術(shù)。在量子點(diǎn)之前是所謂量子阱激光器。量子阱激光器是由一系列納米層級的發(fā)光材料夾在其他折射率材料直接，一邊用來限制注入電流，一邊用來輸出光。對于量子點(diǎn)來說，高密度的更小的幾個(gè)納米高，數(shù)十納米大小的點(diǎn)機(jī)構(gòu)替代了量子阱中的納米層材料。這種量子點(diǎn)的大小可以用一個(gè)例子來估計(jì)，一分硬幣的大小可以容納500億個(gè)量子點(diǎn)。量子阱結(jié)構(gòu)還有一個(gè)問題是，由于量子阱是兩維連續(xù)，一個(gè)地方的問題可以影響到整個(gè)一層材料。相比來說，量子點(diǎn)之間互相不影響，因此對于有源層生長過程中的晶體缺欠更加容忍。用Liu的話說，“正是因?yàn)檫@樣，我們可以在更大更便宜的硅材料上生長激光器。量子點(diǎn)激光器的小巧還決定了它的功耗遠(yuǎn)比以往的量子阱激光器低，從而成本也更低。”
談到他們所采用的分子束外延工藝，Liu還指出，這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以充分利用硅器件的成熟工藝，從而有助于降低成本。分子束外延是開發(fā)高品質(zhì)量子點(diǎn)激光器的最好技術(shù)，整個(gè)激光器可以一步完成，最小化了遭到污染的風(fēng)險(xiǎn)。
Liu將在3月12日下午5點(diǎn)在121房間介紹這一成就，題目是“硅上外延生長的高性能1.3微米InAs量子點(diǎn)激光器”。最新一期應(yīng)用物理快報(bào)也發(fā)表了這一成果。
二、量子點(diǎn)激光器研發(fā)進(jìn)展回顧：
1、美科學(xué)家發(fā)明微米級量子點(diǎn)激光器
2007年美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局和Stanford及Northwestern大學(xué)的科學(xué)家發(fā)明了一種微米大小的固體激光器，這種裝置的性能中，量子點(diǎn)起到了決定性作用。它能在低于微瓦的能量條件下接通。這些高效的光學(xué)設(shè)備將來能制造出低能激光，它能用于電信、光學(xué)計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。結(jié)果發(fā)表在《物理評論快報(bào)》（PRL）上。
傳統(tǒng)激光器有數(shù)量很多的發(fā)射器，它們限制在一個(gè)光學(xué)腔內(nèi)。光在腔內(nèi)來回反射放大，最終形成激光。在大約10年前，科學(xué)家發(fā)明了第一個(gè)量子點(diǎn)激光器。
量子點(diǎn)是晶體結(jié)構(gòu)中的納米級別區(qū)域，它們能捕獲在半導(dǎo)體中傳導(dǎo)電流的電子及空穴。當(dāng)捕獲的電子和空穴重新配對后，特定頻率的光就被發(fā)射出來。量子點(diǎn)激光器的優(yōu)勢不僅在于它們的體積很小，更在于它們能在極低的能量下運(yùn)作。
在最近的實(shí)驗(yàn)中，NIST小組通過在砷化鎵上鋪上一層砷化銦得到了新型激光。原子格之間的不匹配形成了量子點(diǎn)。這些材料被做成一定大小的盤，使得900納米的紅外光能沿著盤邊緣旋轉(zhuǎn)。整個(gè)區(qū)域含有約60個(gè)量子點(diǎn)，這能作為激光使用。通過利用非共振頻率的光就可以激發(fā)出光。但是量子點(diǎn)之間彼此并不相同，每個(gè)量子點(diǎn)之間的細(xì)微差別意味著它們的發(fā)射頻率也有所不同，而且溫度也會(huì)有一定影響�？茖W(xué)家表示，任意時(shí)刻，最多有一個(gè)量子點(diǎn)——通常沒有——的特征頻率和光學(xué)共振頻率相匹配。
