Blog

Jul 21, 2023

Éclairer la voie : la quête quantique du niveau supérieur

Par Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, 17 juillet 2023 Ils sont composés de lasers III-V QW/QD DFB et de résonateurs à microanneaux SiN. Crédits : Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric

Par Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics17 juillet 2023

Ils sont composés de lasers III-V QW/QD DFB et de résonateurs à microanneaux SiN. Crédits : Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric Grillot, John E. Bowers et Yating Wan

Les diodes laser à base de matériaux semi-conducteurs à puits quantiques (QW) et à points quantiques (QD) intégrées à des microrésonateurs SiN présentent un potentiel prometteur en raison de leur rendement énergétique élevé et de leur taille compacte. Une étude dirigée par le professeur Yating Wan a exploré la conception et la fonctionnalité de ces lasers à cavité composite, offrant ainsi des informations précieuses pour le développement futur de la technologie des diodes laser.

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"}]">la dégénérescence de type atomique, constituent une alternative prometteuse.

L'intégration hétérogène de lasers III-V avec des microrésonateurs en nitrure de silicium (SiN), facilitée par le verrouillage par auto-injection, ajoute des avantages intrinsèques. Ceux-ci incluent la compacité, le potentiel de production en grand volume et une stabilité améliorée. Cette technologie permet des performances de rétrécissement de largeur de raie supérieures à celles des lasers III-V développés sur des plates-formes natives.

a,b Largeur de raie FWHM du laser III-V/SiN QD en fonction de la densité de courant d'injection pour différentes couches QD (a) et densités QD (b). c, d Cartes de couleurs de la puissance de sortie (à gauche) et de l'efficacité de la prise murale (à droite) en fonction des couches QD (c) et de la densité QD (d). Crédits : Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric Grillot, John E. Bowers et Yating Wan

Une étude récemment publiée dans la revue Light Science & Application s'est penchée sur une étude paramétrique de la conception du milieu actif des lasers à cavité composite. Cette recherche a été dirigée par le professeur Yating Wan du laboratoire de photonique intégré de l'Université des sciences et technologies King Abdullah (KAUST), Arabie Saoudite, le Dr Weng W. Chow des Sandia National Laboratories, Albuquerque, États-Unis, le professeur Frédéric Grillot du LTCI, Télécom Paris, Institut Polytechnique de Paris, France, et le professeur John Bowers de l'Université de Californie à Santa Barbara, États-Unis.

L’équipe s’est concentrée sur l’impact du confinement quantique des porteurs sur les caractéristiques dynamiques et spectrales du dispositif à cavité composite verrouillée. Leur accent particulier était mis sur le raffinement spectral d'émission, ou le rétrécissement de la largeur de raie, lors de l'intégration de lasers à rétroaction distribuée (DFB) III-V QW ou QD avec des résonateurs à microanneaux SiN. Emad Alkhazraji, le premier auteur du document de recherche, a clarifié le principe de cette amélioration. "Lorsqu'elle est correctement réglée et verrouillée sur un ou plusieurs modes de galerie chuchotante du microring, la rétrodiffusion optique sous la forme de rétrodiffusion Rayleigh peut permettre des réductions drastiques de la largeur de ligne laser d'une diode laser au niveau Hz", a expliqué Alkhazraji.

Il montre l'espace de conception 4D et les points optimaux pour chaque appareil. Crédits : Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric Grillot, John E. Bowers et Yating Wan

L'enquête paramétrique s'est conclue par une analyse multi-objectif d'optimisation de la conception et du fonctionnement des dispositifs QW et QD via un algorithme génétique. Un algorithme multi-décision a ensuite été utilisé pour déterminer les points de conception-opération optimaux pour chaque variable d'optimisation.

"Ces résultats fournissent des orientations pour des études paramétriques plus complètes pouvant produire des résultats opportuns pour la conception technique", a conclu le professeur Yating Wan. L'étude met en évidence le potentiel d'amélioration et de développement ultérieur dans le domaine de la technologie des diodes laser.