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物理学家使电子纳米激光器变得更小

发布时间: 2020-09-27 11:17:26   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

莫斯科物理技术学院和伦敦国王学院的研究人员清除了阻碍应用于集成电路电驱动纳米激光的障碍。最近发表在《纳米光子学》上的一篇论文中报道了这种方法,这种方法不仅可以使相干光源的设计规模比人的头发细数百倍,而且比激光器发出的光的波长还要小。这有望为未来应用于核心微处理器的超快速光学数据传输奠定基础。

研究人员提出了一种替代传统方式电泵工作的方法。通常,纳米级激光器的电泵方案需要由钛、铬或类似金属制成的欧姆接触。此外,该接触必须是谐振腔的一部分,即产生激光辐射的体积。这样的问题是,钛和铬强烈吸收光,损害了谐振腔的性能。这样的激光器具有高的泵浦电流并且容易过热。这就是为什么需要低温冷却,并随之而来许多不便。

图4 物理学家提出具有隧道肖特基接触的双异质结构

物理学家提出的用于电泵的新方案基于具有隧道肖特基接触的双异质结构。这使得与其强吸收金属的欧姆接触变得多余。现在,泵浦发生在等离子金属与半导体之间的界面上,表面等离极化激元(SPPs)沿着该界面传播。“我们新颖的泵浦方法可以将电驱动激光器带到纳米级,同时保持其在室温下运行的能力。与此同时,与其他电泵纳米激光器不同,辐射可以有效地定向到光子或等离子波导,使纳米激光适合集成电路。”来自MIPT的光子学和二维材料中心的Dmitry Fedyanin博士评论道。

研究人员提出的等离子纳米激光在其三个维度上都比其发射的光的波长小。此外,纳米激光中表面等离极化激元所占据的体积比立方光的波长小30倍。根据研究人员的说法,他们的室温等离子体纳米激光可以很容易地做得更小,使其特性更加令人印象深刻,但这是以无法有效地将辐射提取到总线波导中为代价的。因此,尽管进一步的小型化将使得该装置不能很好地应用于片上集成电路,但是对于化学和生物传感器以及近场光学光谱学或光遗传学来说仍然是方便的。

尽管具有纳米级尺寸,但纳米激光的预测输出功率总计超过100微瓦,可与更大的光子激光器相媲美。如此高的输出功率允许每个纳米激光器每秒传输数百吉比特,从而消除了高性能微芯片的最大障碍之一。其中包括各种高端计算设备:超级计算机处理器,图形处理器,甚至将来还会发明的一些小工具。

 
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