Лазер на квантовых точках

Лазер на квантовых точках — полупроводниковый лазер, который использует квантовые точки в качестве активной области для генерации стимулированного излучения. Вследствие квантово-размерного эффекта энергетический спектр носителей заряда в квантовых точках является дискретным, сходным с таковым в атомах. В инжекционных лазерах на основе полупроводниковых гетероструктур с квантовыми точками ожидаются улучшенные характеристики по сравнению с традиционными полупроводниковыми лазерами на квантовых ямах и, тем более, с объемной активной областью.[1][2] Уже продемонстрированы улучшенные характеристики по порогу генерации, относительной интенсивности шума, ширине спектральной линии и температурной стабильности порогового тока в лазерах на квантовых точках. Контроль размеров и состава квантовых точек даёт дополнительную возможность создания лазеров на квантовых точках для работы на длинах волн, недостижимых с использованием прежних технологий.

В инжекционных лазерах на основе самоорганизованных квантовых точек, полученных методом роста Странского-Крастанова,[3][4][5][6] неизбежно присутствует неоднородное уширение линии, обусловленное дисперсией размеров квантовых точек. Неоднородное уширение линии негативным образом сказывается на характеристиках лазеров на квантовых точках, в частности, повышает пороговый ток и делает его более чувствительными к температуре.[7] По этой причине необходим строгий контроль однородности квантовых точек в самоорганизованных лазерных структурах.

Лазеры, использующие в качестве активной среды нанокристаллические квантовые точки с оптической накачкой, демонстрируют характеристики, более близкие к твердотельным лазерам, чем к инжекционным.

В последнее время устройства с активными средами на основе квантовых точек находят коммерческое применение в медицине (лазерные скальпели, оптическая когерентная томография), технологии (проекционные устройства, лазерные телевизоры), спектроскопии и телекоммуникации.

История

Идея использования квантовых точек в инжекционных лазерах была предложена в работе[8].

В работе[9] был разработан лазер на квантовых точках из арсенида индия (InAs) на 10 Гбит/с, нечувствительный к колебаниям температуры, для работы в оптических линиях связи и оптических сетях. Лазер обеспечивает высокую скорость работы на длине волны 1,3 мкм в температурном диапазоне от +20 °C до +70 °C. Он работает в оптических системах передачи данных, оптических локальных сетях и городских вычислительных сетях. По сравнению с лазерами на квантовых ямах новые лазеры на квантовых точках имеют значительно более высокую температурную стабильность.

В работе[10] был представлен лазер на квантовых точках, позволяющий передавать данные со скоростью 25 Гбит/сек на одном луче.

Примечания

  1. ↑ Alferov, Zhores I. (Июль 2001). Nobel Lecture: The double heterostructure concept and its applications in physics, electronics, and technology. Reviews of Modern Physics. 73 (3): 767—782. doi:10.1103/RevModPhys.73.767.
  2. ↑ Kroemer, Herbert (Июль 2001). Nobel Lecture: Quasielectric fields and band offsets: teaching electrons new tricks. Reviews of Modern Physics. 73 (3): 783—793. doi:10.1103/RevModPhys.73.783.
  3. ↑ Bimberg, D.; Kirstaedter, N.; Ledentsov, N. N.; Alferov, Zh. I.; Kop'ev, P. S.; Ustinov, V. M. (Апрель 1997). InGaAs-GaAs quantum-dot lasers. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 3 (2): 196—205. doi:10.1109/2944.605656.
  4. ↑ Lester, L. F.; Stintz, A.; Li, H.; Newell, T. C.; Pease, E. A.; Fuchs, B. A.; Malloy, K. J. (Август 1999). Optical characteristics of 1.24-μm InAs quantum-dot laser diodes. IEEE Photonics Technology Letters. 11 (8): 931—933. doi:10.1109/68.775303.
  5. ↑ Kim, K.; Norris, T. B.; Ghosh, S.; Singh, J.; Bhattacharya, P. (Март 2003). Level degeneracy and temperature-dependent carrier distributions in self-organized quantum dots. Applied Physics Letters. 82 (12): 1959—1961. doi:10.1063/1.1563732.
  6. ↑ Nishi, Kenichi; Takemasa, Keizo; Sugawara, Mitsuru; Arakawa, Yasuhiko (Ноябрь 2017). Development of quantum dot lasers for data-com and silicon photonics applications. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 23 (6): 1901007. doi:10.1109/JSTQE.2017.2699787.
  7. ↑ Asryan, Levon V.; Suris, Robert A. (Апрель 1996). Inhomogeneous line broadening and the threshold current density of a semiconductor quantum dot laser. Semiconductor Science and Technology. 11 (4): 554—567. doi:10.1088/0268-1242/11/4/017.
  8. ↑ Arakawa Y.; Sakaki H. Multidimensional quantum well laser and temperature dependence of its threshold current (англ.) // Applied Physics Letters : journal. — 1982. — Vol. 40. — P. 939. — doi:10.1063/1.92959. — Bibcode:1982ApPhL..40..939A. Архивировано 6 мая 2019 года.
  9. ↑ Fujitsu, University of Tokyo Develop World's First 10Gbps Quantum Dot Laser Featuring Breakthrough Temperature-Independent Output. Fujitsu/Пресс релизы/2004 (10 сентября 2004). Дата обращения: 7 мая 2019. Архивировано 6 мая 2019 года.
  10. ↑ Fujitsu and University of Tokyo Achieve World's First 25Gbps Data Communication Using Quantum Dot Laser. Fujitsu/Пресс релизы/2010 (20 мая 2010). Дата обращения: 7 мая 2019. Архивировано 6 мая 2019 года.

Ссылки

Эта статья взята у (из) Википедия. Текст лицензируется по Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. К медиа файлам могут применятся дополнительные условия.