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波长范围超过100纳米的纳米激光器问世

2008-09-16 09:34
九一隐士
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    美国科学家将多重量子阱(multi-quantum well, MQW)纳米线激光器的芯及外壳个别优化,结果让控制性及可调性达到前所未有的水平。这种微型光源能发出波长介于365及494 nm的激光,亦即波长可调范围超过100 nm。

 


    哈佛大学的Charles Lieber指出,该小组制作出第一个围绕纳米线芯的同心MQWs,这些MQW不但创下结构复杂度的新高,而且让科学家得以分别研究纳米线激光器的两大要素:共振腔与增益介质。该小组认为这是朝独立(free-standing)注入型纳米激光器发展的第一步。

 

    纳米线激光器并非新概念,但先前的研究都着重于均质(homogeneous)的半导体,如氮化镓(GaN),这表示激光器的波长取决于材料的能隙,所以无法设计与调整激光器特性。Lieber团队所制备的激光器则以GaN纳米线芯为共振腔,InGaN/GaN组成的MQW外壳作为成份可调的增益介质。在室温下操作,只要改变铟的掺杂量,可使组件发光波长从365 nm调至494 nm。

 

    Lieber表示,将增益介质与共振腔分开研究的目的,是为了找到两个独立参数的最好结构效率。MQW纳米线异质结构(heterostructures)包含3到26个量子阱,纳米线直径宽约200到400 nm,长度约20到60 μm,并以波长266 nm的Q开关掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)激光器加以激发。

 

    Lieber团队目前朝多个方向研究,首先他们希望生长更小的芯或增加披覆层,来降低激光器的阀值。由于增益介质与共振模态间的耦合率较好,所以量子阱层数越多,激光器阈值就越低。Lieber认为在最佳的共振腔结构下,只要数个量子阱就能够达成激光器。另外,他们也将研究电激发的可行性,例如尝试在单一个纳米线中结合MQW与掺质调制,以获得注入型纳米激光器。

 

    Lieber表示,长远的目标应该是电激发、多波长、低阀值的纳米激光器数组,而它们在异质积体光电芯片中的应用将是可预期的。详见Nature Materials doi:10.1038/nmat2253。

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