日前，復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院吳翔教授、陸明教授和張樹宇副教授合作團(tuán)隊(duì)成功研制出世界上首個(gè)全硅激光器。不同于以往的混合型硅基激光器，本次研究最終實(shí)現(xiàn)由硅自身作為增益介質(zhì)產(chǎn)生激光。該研究是集成硅光電子領(lǐng)域近30年來取得的一項(xiàng)重大突破。
集成硅光電子結(jié)合了當(dāng)今兩大支柱產(chǎn)業(yè)——微電子產(chǎn)業(yè)和光電子產(chǎn)業(yè)——的精華。硅激光器是集成硅光電子芯片的基本元件，是實(shí)現(xiàn)集成硅光電子的關(guān)鍵。集成硅光電子預(yù)計(jì)將廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信、傳感、照明、顯示、成像、檢測、大數(shù)據(jù)等眾多領(lǐng)域。
然而，硅自身的發(fā)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(gè)瓶頸問題。自2000年實(shí)驗(yàn)證明硅納米晶材料可以實(shí)現(xiàn)光放大以來，這一瓶頸始終限制著硅激光器的發(fā)展。
早在2005年全硅拉曼激光器問世時(shí)，有關(guān)“全硅激光器”的新聞就曾引起過社會(huì)關(guān)注。然而，這是一種將外來激光導(dǎo)入到硅芯片后產(chǎn)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(xiàn)有的硅基波導(dǎo)芯片的基礎(chǔ)上，直接粘合上成熟的III－V族半導(dǎo)體激光器，使兩個(gè)部件組合成為一個(gè)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(xiàn)有硅工藝兼容性較差，還會(huì)產(chǎn)生晶格失配問題。
此次研發(fā)的硅激光器與以往不同，它的發(fā)光材料（增益介質(zhì)）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(fù)旦大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)首先借鑒并發(fā)展了一種高密度硅納米晶薄膜制備技術(shù)，由此顯著提高了硅納米晶發(fā)光層的發(fā)光強(qiáng)度；之后，為克服常規(guī)氫鈍化方法無法充分飽和懸掛鍵缺陷這一問題，他們發(fā)展了一種新型的高壓低溫氫鈍化方法，使得硅納米晶發(fā)光層的光增益一舉達(dá)到通常III－V族激光材料的水平；在此基礎(chǔ)上，他們?cè)O(shè)計(jì)和制備了相應(yīng)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(dǎo)體材料生長過程中會(huì)產(chǎn)生的晶格失配和工藝兼容性差的問題，同時(shí)，作為地表儲(chǔ)備量第二豐富的元素，以硅做光增益材料也可以避免對(duì)稀有元素如鎵、銦等的過度依賴。
據(jù)悉，未來，團(tuán)隊(duì)還將進(jìn)一步研發(fā)和完善電泵浦技術(shù)，促進(jìn)全硅激光器的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
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