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      或可用于拉曼光譜儀 復旦大學研制出世界首個全硅激光器

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        復旦大學信息科學與工程學院吳翔教授、陸明教授和張樹宇副教授團隊合作,研制出世界上首個全硅激光器。相關研究成果日前以快報形式發表于《科學通報》(Science Bulletin)。

        據悉,不同于以往的混合型硅基激光器,這次研究最終實現由硅自身作為增益介質產生激光。

        集成硅光電子結合了當今兩大支柱產業——微電子產業和光電子產業——的精華。硅激光器是集成硅光電子芯片的基本元件,是實現集成硅光電子的關鍵。集成硅光電子預計將廣泛應用于遠程數據通信、傳感、照明、顯示、成像、檢測、大數據等眾多領域。

        然而,硅自身的發光極弱,如何將硅處理成具有高增益的激光材料,一直是一個瓶頸問題。自2000年實驗證明硅納米晶材料可以實現光放大以來,這一瓶頸始終限制著硅激光器的發展。

        早在2005年全硅拉曼激光器問世時,有關“全硅激光器”的新聞就曾引起過社會關注。然而,這是一種將外來激光導入到硅芯片后產生的激光器,硅本身并不作為光源。同年,混合型硅基激光器面世。這種激光器是在現有的硅基波導芯片的基礎上,直接粘合上成熟的III-V族半導體激光器,使兩個部件組合成為一個混合型硅基激光器。同樣,硅本身不是光源?;旌闲图す馄骱同F有硅工藝兼容性較差,還會產生晶格失配問題。

        專家介紹,這次研發的硅激光器與以往不同,它的發光材料(增益介質)是硅本身(硅納米晶材料),激光器可做在硅芯片上,所以是真正意義上的全硅激光器。復旦大學研究人員首先借鑒并發展了一種高密度硅納米晶薄膜制備技術,由此顯著提高了硅納米晶發光層的發光強度;之后,為克服常規氫鈍化方法無法充分飽和懸掛鍵缺陷這一問題,又發展了一種新型的高壓低溫氫鈍化方法,使得硅納米晶發光層的光增益一舉達到通常III-V族激光材料的水平;在此基礎上還設計和制備了相應的分布反饋式(DFB)諧振腔,最終成功獲得光泵浦DFB型全硅激光器。這種激光器不僅克服了半導體材料生長過程中會產生的晶格失配和工藝兼容性差的問題,同時,作為地表儲備量第二豐富的元素,以硅做光增益材料也可以避免對稀有元素如鎵、銦等的過度依賴。

        目前,全硅激光器仍需采用光泵浦技術,在紫外脈沖光的激勵下,由硅材料自身產生激光。未來,復旦大學團隊還將進一步研發和完善電泵浦技術,通過向硅納米晶激光器內注入電流,產生激光輸出,以電發光,走完距離實際應用的最后一公里,促進全硅激光器的產業化發展。


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