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硅/有机混合激光器输出红光

2008-02-26 14:22
雷本祖
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作者:Bridget Marx

英国圣安德鲁斯大学有机半导体中心的研究人员开发出了混合硅/聚合物面发射红光激光器。该款激光器利用聚合物增强硅基的激光输出,具有室温运行和可调谐的特性,其有望成为用于芯片之间通信的低成本光源。

硅的广泛使用和易于集成,使得基于硅的低成本集成光子器件在光通信和光互连领域具有巨大优势。但是,通常硅的发光效率很低。圣安德鲁斯大学的研究人员将硅基谐振腔和有机电致发光半导体结合起来,通过简单的溶液沉积即可大大提高硅的发光效率。

目前,设计一款成功的硅/有机混合激光器主要面临两大挑战:首先,在光致发光聚合物的波长范围内,硅具有较大的损耗。其次,硅具有较高的折射率,因而很难将输出激光限制在聚合物波导中。

研究人员在绝缘硅衬底上采用分布式布拉格反射镜(DBR)谐振腔结构,很好地解决了这些问题。图中是利用反应离子刻蚀和电子束光刻技术生产的微结构硅/聚合物混合激光器。两个DBR相隔50祄,将DBR之间的硅外延层除掉后,暴露出二氧化硅(SiO2)层。一薄层有机放大介质MEH-PPV覆盖整个结构。空气-聚合物和聚合物-SiO2界面的边界条件确保了聚合物波导位于两个硅镜之间。最终硅DBR光子晶格中产生一个长条状“缺陷”,减小了硅和激光的相互作用,从而降低了激光的损耗。
该款激光器采用光泵浦形式。倍频微芯片发出波长为532nm、脉冲宽度为1.2ns的泵浦激光,进入DBR之间的聚合物波导。输出激光通过光纤耦合分光计收集。为了避免光氧化,聚合物薄膜放置在真空中(10-4mbar)。

br>研究人员Graham Turnbull表示:“输出激光的调谐范围为608~628nm,重复频率为5kHz,脉冲能量为pJ量级。采用长腔可以获得多纵模激光输出,从而实现更广泛的应用。激光输出波长在可见光波段,因而可以很容易地由硅光电二极管探测,这些特性均使得硅/有机混合红光激光器适合应用于低成本芯片之间的通信”。

对于未来的发展,该研究团队拥有丰富的想法。Turnbull表示:“硅/有机混合激光器充分展示了混合激光器的原理。下一个挑战是采用电泵浦方式获得激光输出。我们打算在硅片上施加电场或注入电荷对激光的输出进行调制。从长远来看,采用p掺杂硅作为空穴注入层的电泵浦方式输出激光也是一种可能。” 



 
图:硅/聚合物混合激光器包括两个DBR,左上图为一个DBR的扫描电子显微镜照片,右上图为部分“缺陷”区域。 
 
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