量子点红外激光器与 CMOS 兼容

IFCO 团队在氧化铝基板顶部开发了 PbS 胶体量子点的分布式反馈激光器件

在最近发表在《自然光子学》（ Nature Photonics ）上的一篇论文中，来自 ICFO（西班牙光子科学研究所）的 Guy Whitworth、Mariona Dalmases 和 Nima Taghipour 报告了由 Gerasimos Konstantatos 领导的基于胶体量子点的红外激光源的成就。室温、与 CMOS 技术兼容并且可调谐以在电信窗口中发射，这是经典或量子通信所需的重要里程碑。

胶体量子点 (CQD) 技术基于解决方案处理的光电材料平台，该平台已经证明其具有高性能 CMOS 兼容光电探测器和发光二极管 (LED) 的红外光电潜力。然而，红外 CQD 激光器的实现仍然难以捉摸。

在此发现之前，该团队已经进行了一项实验，他们能够证明薄膜上量子点的受激发射和光学增益，但他们实际上缺乏的是将这种器件插入腔中以实现激光发射。

室温下的红外 量子点 激光

为了找到理想的实验腔，研究人员团队采用了分布式反馈腔 (DFB)，在 PbS CQD 薄层上旋涂作为光学增益介质。通过同时调整点的大小和 DFB 的几何特性以优化腔共振与量子点的增益光谱，他们设法证明了在人眼安全的光通信红外光谱和室温下的激光发射，因此，可能会找到硅光子学拼图的最后一块。

此外，研究人员更进一步设计了点的表面，以抑制电子陷阱状态，从而有利于受激发射。他们利用量子点的强掺杂来证明在较低泵浦强度下的激光发射，这一成就为更实际的实现开辟了一条新途径。

Gerasimos Konstantatos 评论道：“这项研究的结果被认为是 CQD 光电领域的重大突破。这一发现可能促进完全集成的硅光子学，为片上通信或激光雷达应用的低成本解决方案处理和 CMOS 集成激光源铺平道路。在此之前，需要进一步改进来优化材料，以证明在连续波或纳秒激发下的激光，这是我们的下一个里程碑。”

参考资料：

'Solution-processed PbS quantum dot infrared laser with room-temperature tunable emission in the optical telecommunications window' by G. L. Whitworth et al; Nature Photonics volume 15 (2021)

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