全球首個電驅動鈣鈦礦激光器問世

科技日報記者 江耘 通訊員 查蒙

9月1日，記者從浙江大學獲悉，該校光電科學與工程學院/海寧國際聯合學院狄大衞教授、鄒晨研究員和趙保丹教授團隊研製出全球首個電驅動鈣鈦礦激光器。該器件採用雙光學微腔設計，兼具低能耗、易調製優勢，可用於光學數據傳輸等應用場景，以及用作集成光子芯片和可穿戴設備中的相干光源。相關研究成果近日發表於國際學術期刊《自然》。

半導體激光器是信息技術領域的重要光源。作為新型激光材料的鈣鈦礦半導體，加工成本相對較低，更容易集成到可大規模量產的硅基光電子平台，並且發射光譜可調，在光驅動條件下能實現極低的激光發射閾值，技術前景優異。驅動激光器工作所需的外部能量源主要包括電和光兩種形式，但光驅動通常需要藉助體積龐大的外部光源，這導致器件的適用範圍有限。研發電驅動鈣鈦礦激光器，是鈣鈦礦光電子學領域的一項巨大挑戰。

“我們的方案是，將高功率微腔鈣鈦礦LED子單元與高質量單晶鈣鈦礦微腔子單元緊湊地集成在同一器件中。”狄大衞介紹。該器件將微腔鈣鈦礦LED在電激勵下產生的大量光子高效地耦合到第二個微腔中，並激發單晶鈣鈦礦增益介質，產生激光，耦合效率達82.7%。這種新型半導體激光器發射激光所需的閾值電流是每平方釐米92安培，相比性能最佳的電驅動有機激光器還低一個數量級，且表現出較好的穩定性。

研究團隊發現，該器件能在36.2兆赫茲帶寬下通過電脈衝進行快速調製。這種調製速率是通過減小器件有效面積以實現最小電阻電容常數，並使用硅襯底改善散熱實現的。從當前的集成式泵浦架構過渡到更為簡潔的激光二極管結構，是團隊下一步研究工作的關鍵。團隊還將嘗試克服微腔鈣鈦礦LED子單元納秒級的自發輻射壽命限制，以實現器件的千兆赫茲級高速運行。