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科学家发现量子点可降低激光阀值

美国科学家制作出激光阀值(lasing threshold)在次微瓦范围的量子点(quantum dot)微空腔激光器。这种低功率的激光器使科学家朝实现单能态(single state)激光器的理想又迈进一步,而且还具有应用在芯片上及芯片间通讯,甚至光计算机等方面的潜力。

这个由国家标准与技术局(NIST)、史丹佛大学及西北大学研发出的量子点激光阀值只有500 nW,波长为905 nm。该研究小组表示,他们使一个量子点能态对准高Q值共振腔模,藉此降低激光的阀值。NIST的Glenn Solomon指出,这是科学家首度见证单一量子点能态做为激光操作模态的效应。

上述小组首先以分子束外延法制作出由数层砷化镓包夹一层砷化铟的三明治结构,再加工制作出直径1.8 μm的微碟(microdisk),其量子点密度为每平方微米含50个量子点,在产生激光前Q值超过15000。研究人员以波长780 nm的Ti:Sapphire激光激发微碟,后者在温度6K至55K之间产生激光,相当于1.5 nm的调节范围。

该小组选择微碟而非微柱(micropillar)或二维光子晶体空腔做为与量子点耦合的对象,主要是看中微碟的高Q值。Solomon表示,他们发现微碟很容易处理,共振腔模的质量也比较不受制作细节的影响。不过,最关键的难题在于如何制作一个Q值很高、尺寸又要小到足以限制量子点数目的微碟共振腔。

该小组计划要制作单一发光体的激光器(single emitter laser),并将探讨这些结构的原理,以便与其它采用不同发光体或不同共振腔的固态系统做比较。此外,该小组在共振腔Q值与量子点耦合方面尚有挑战待面对,例如他们不得不牺牲部份共振腔Q值,以便决定量子点的位置,因此他们在寻找好的共振腔的同时,还得顾及共振腔与量子点是否能对准。详见近期的Physical Review Letters。


原始网站: http://nanotechweb.org/articles/news/6/5/7/1

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