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堵塞超级激光器的能隙

点击量:   时间:2017-12-02 05:36:05

作者:Jeff Hecht新墨西哥州桑迪亚国家实验室的研究人员建造了一种激光器,可将超过一半的电能转化为光能它是第一款在适用于光通信系统的功率范围内有效工作的激光器其他高效激光器的功率要高出数百倍,因此它们会使光纤系统过载并浪费能源 Sandia的Kent Choquette,Kevin Lear和Richard Schneider通过修改垂直腔半导体激光器的设计实现了突破通常用于低功率光通信的激光器是水平腔型的,并且通常仅将20%至30%的电转换成光更高的效率是重要的,因为不以光为最终的能量最终会产生热量,而散热可能是某些电子和光学设备的限制因素半导体激光器建立在扁平的分层芯片上它们包括一层n型半导体,它带有杂质,为其提供备用的带负电的电子,以及p型层,它缺乏电子,因此表现得好像它包含备用的,带正电的“孔”向芯片提供电能将电子提升到激发态当一些激发的电子与两种半导体之间的中间结层中的空穴结合时,产生光这引发了结层内的级联,因为来自第一电子的光刺激其他电子发光水平腔激光器在芯片边缘发光,与结层处于同一平面,而垂直腔激光器从平坦芯片表面发光这些表面发射激光器对于某些应用特别有吸引力,因为它们的光束比边缘发射激光器的光束更对称且更紧密当电流和光被限制在精确限定的有源区域内时,两种类型的装置都是最有效的如果光或电流从有源区域漏出,则它不能促进从其他电子发射的级联光工程师通过在芯片内创建具有不同光学和电学特性的材料图案来限制光和电流垂直腔激光器必须将光和电流限制在芯片面之间的圆柱形区域具有略微不同组成的半导体的交替层可以充当镜子,在芯片的面之间来回反射一部分光先前的垂直腔激光器使一些光和电流通过有源区的圆周朝向芯片的边缘泄漏桑迪亚的研究人员通过堵塞这些泄漏来取得突破研究人员用不同比例的铝材料制成了镜子,并通过选择性地氧化金属来改变材料的性质在中心活性区域,它们沉积了低铝含量的化合物,而周围区域则接收含有更多铝的化合物然后,他们将芯片暴露在氧化剂中,氧化剂将高铝材料转化为氧化铝,氧化铝不导电氧化剂不影响中心区域中的低铝材料,因此它们保持导电并引导电流通过激光的有源区域氧化铝和半导体之间的边界也将光反射回中心区域这种方法将设备的效率从21%提高到53%到目前为止,桑迪亚仅在红外线上证明了波长为980纳米的创纪录效率不幸的是,通信系统通常进一步进入1300纳米的红外线,并且难以制造以这种波长发射的垂直腔激光器桑迪亚光子学研究部门经理Adelbert Owyoung说,1300纳米表面发射激光器至少需要一年的时间除了提供更紧密聚焦的光束之外,垂直腔激光器的生产成本应比边缘发射器件便宜两种类型的芯片在单个半导体晶片上分批制造,该半导体晶片被切割成单个芯片在切割晶片并将每个激光器芯片安装在试验台上或在其中进行封装的装置中之前,不能测试边缘发射器但是当垂直腔激光器仍在晶圆上时,它们的发射面是可以接近的,所以它们可以在那里进行测试这是一个重要的优势,