半导体激光器体型再创最小记录

在德克萨斯大学奥斯汀分校,物理学家们已经开发出世界上最小的半导体激光器,这是光子技术在从计算机到医学上的应用的一次新的技术突破。这项研究是与来自中国大陆和台湾的科学家共同完成的。

该研究成果发表在本周的《科学》(Science)杂志上。

用于实现超低阈值纳米激光器的纳米级半导体结构

图中展示了用于实现超低阈值纳米激光器的纳米级半导体结构。单个纳米棒放置在 28 nm 厚的银质薄膜上。谐振电磁场集中在 5nm 厚的二氧化硅夹心层中,两边分别是半导体纳米棒和光滑度达到原子级别的银质薄膜。

半导体激光器的小型化是发展更快、更小和低能量光子技术的关键,如超高速计算机芯片,用于检测、治疗和研究疾病的高灵敏度生物传感器以及下一代通信技术等。这些光子技术设备利用纳米激光器来产生光信号和传输信息,并有可能替代传统的电子电路。但是光子器件的尺寸和性能受到了所谓的三维衍射极限的限制。目前,衍射限制了光学仪器分辨两个目标的能力:当两个物体距离小于用于成像的光波波长的一半时就无法分辨。

“我们开发了一种非常接近 3-D 衍射极限的纳米激光器件,”德克萨斯州立大学奥斯汀分校物理学教授 Chih-Kang “Ken” Shih 说。“我们相信这项成果将对纳米技术产生重大影响。”

Shih 和他的同事们报道了纳米激光器的首次运转,产生了接近 3-D 衍射极限的低阈值连续输出的绿色激光。这个纳米激光器非常小,以至于裸眼根本看不到。

该装置由部分掺杂氮化铟镓(InGaN)的氮化镓(GaN)纳米棒构成。这两种半导体都是 LED 中常用的材料。纳米棒放在极薄的硅绝缘层上,然后覆盖一层银质薄膜,薄膜的光滑度达到原子水平。

这是 Shih 实验室花了超过 15 年时间不断完善的一种材料。“原子水平的光滑度”是制造不会分散和失去等离子体——可用于移动大量数据的电子波的光子器件的关键。

站在分子束外延(MBE)设备旁边的 Charlotte Sanders

物理系研究生 Charlotte Sanders 和 Ken Shih 教授的研究帮助开发了世界上最小的纳米激光器。图中 Charlotte Sanders 站在一个分子束外延(MBE)设备旁边。该设备是她与物理系设备部共同设计制造的,并得到了 Jisun Kim 博士的协助。他们用 MBE 来生产纳米激光器中的关键部件原子水平光滑度的银质薄膜。Alex Wang 图。

“原子光滑等离子体结构是构造低数据损失应用的基础,” Shih 说。

这种纳米激光器可以用于开发芯片级光通信系统,将所有的处理过程都放在芯片上来完成。可以避免使用电子芯片在不同的芯片上传输数据时常见的发热和信息损失等问题。

“电子设备和光子设备之间的尺寸失配是实现芯片级光通信与计算系统的最大问题,” 国立清华大学(台湾)教授 Shangjr Gwo 如是说。Shangjr Gwo 教授曾是 Shih 的博士研究生。

Shih 的研究团队(2011)

Nanoelectronic materials research group, University of Texas at Austin
via http://www.ph.utexas.edu/~nemrg/

国家点火装置的靶室(192束激光聚焦在小小的氘-氚靶丸上)

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国家点火装置中“氘-氚靶丸”和盛放靶丸的镀金辐射腔

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为激光器的7680个闪光灯提供电能的超过160公里的高压电缆

为激光器的7680个闪光灯提供电能的超过160公里的高压电缆

via University of Texas©

本文发表于水景一页。永久链接:<http://cnzhx.net/photonics/news/smallest-semiconductor-laser/>。转载请保留此信息及相应链接。

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