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Jul 21, 2023

Iluminando o Caminho: A Busca Quântica pela Superioridade

Por Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics 17 de julho de 2023 Eles são compostos por lasers III-V QW/QD DFB e ressonadores de microanel SiN. Crédito: Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric

Por Light Publishing Center, Instituto de Óptica de Changchun 17 de julho de 2023

Eles são compostos por lasers III-V QW/QD DFB e ressonadores de microanel SiN. Crédito: Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric Grillot, John E. Bowers e Yating Wan

Diodos laser baseados em materiais semicondutores de poço quântico (QW) e pontos quânticos (QD) integrados com microrressonadores SiN mostram potencial promissor devido à sua alta eficiência energética e tamanho compacto. Um estudo liderado pelo professor Yating Wan explorou o design e a funcionalidade desses lasers de cavidade composta, oferecendo informações valiosas para o desenvolvimento futuro da tecnologia de diodo laser.

Quantum well (QW) and quantum dot (QD) semiconductor materials-based on-chip laser diodes are now primary candidates in various applications. Their attractive features include high power efficiency, the ability to operate at high temperatures, and compact size. While QWs have been widely implemented in commercial products, QDs, with their unique zero-dimensional density of states and atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">degeneração semelhante ao átomo, são uma alternativa promissora.

A integração heterogênea de lasers III-V com microrressonadores de nitreto de silício (SiN), facilitada pelo bloqueio de autoinjeção, agrega benefícios intrínsecos. Isso inclui compactação, potencial de produção de alto volume e maior estabilidade. Esta tecnologia permite um desempenho superior de estreitamento de largura de linha em comparação com lasers III-V desenvolvidos em plataformas nativas.

a,b Largura de linha FWHM do laser III-V/SiN QD em função da densidade de corrente de injeção para diferentes camadas QD (a) e densidades QD (b). c,d Mapas de cores da potência de saída (esquerda) e eficiência da tomada de parede (direita) em função das camadas QD (c) e densidade QD (d). Crédito: Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric Grillot, John E. Bowers e Yating Wan

Um estudo publicado recentemente na revista Light Science & Application mergulhou em uma investigação paramétrica do projeto do meio ativo de lasers de cavidades compostas. Esta pesquisa foi liderada pelo Professor Yating Wan do Laboratório Integrado de Fotônica da Universidade King Abdullah de Ciência e Tecnologia (KAUST), Arábia Saudita, Dr. Weng W. Chow do Sandia National Laboratories, Albuquerque, EUA, Prof. Télécom Paris, Institut Polytechnique de Paris, França, e Prof. John Bowers da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, EUA.

A equipe se concentrou no impacto do confinamento quântico da portadora nas características dinâmicas e espectrais do dispositivo de cavidade composta bloqueada. Sua ênfase específica estava no refinamento espectral de emissão, ou estreitamento da largura de linha, ao integrar lasers de feedback distribuído (DFB) III-V QW ou QD com ressonadores de microanel SiN. Emad Alkhazraji, o primeiro autor do artigo de pesquisa, esclareceu o princípio por trás da melhoria. “Quando devidamente sintonizado e bloqueado para um ou mais modos de galeria sussurrante do microring, o feedback óptico na forma de retroespalhamento Rayleigh pode permitir reduções drásticas na largura de linha do laser de um diodo laser para o nível Hz”, explicou Alkhazraji.

Mostra o espaço de design 4D e os pontos ideais para cada dispositivo. Crédito: Emad Alkhazraji, Weng W. Chow, Frédéric Grillot, John E. Bowers e Yating Wan

A investigação paramétrica foi concluída com uma análise multiobjetivo de otimização de operação de projeto de dispositivos QW e QD por meio de um algoritmo genético. Um algoritmo de multi-decisão foi então empregado para determinar os pontos ideais de operação de projeto para cada variável de otimização.

“Essas descobertas fornecem orientação para estudos paramétricos mais abrangentes que podem produzir resultados oportunos para projetos de engenharia”, concluiu o professor Yating Wan. O estudo destaca o potencial para melhorias e novos desenvolvimentos no campo da tecnologia de diodo laser.