Un equipo de investigadores de todo el país, dirigido por Alexander Spott, Universidad de California, Santa Bárbara, EE. UU., Ha construido el primer láser de cascada cuántica sobre silicio. El avance puede tener aplicaciones que abarcan desde la espectroscopía de enlaces químicos y la detección de gases,a la astronomía y las comunicaciones en el espacio libre.
Integrar láseres directamente en chips de silicio es un desafío, pero es mucho más eficiente y compacto que acoplar la luz láser externa a los chips. El intervalo de banda indirecto de silicio dificulta la construcción de un láser a partir de silicio, pero los láseres de diodo se pueden construircon materiales III-V como InP o GaAs. Al unir directamente una capa III-V en la parte superior de la oblea de silicio y luego usar las capas III-V para generar ganancia para el láser, este mismo grupo ha integrado un láser de pozo cuántico múltipleen silicio que funciona a 2 µm. Las limitaciones en los láseres de diodo evitan que las longitudes de onda sean más largas cuando hay muchas más aplicaciones, por lo que el grupo centró su atención en el uso de láseres en cascada cuánticos.
La construcción de un láser de cascada cuántica en silicio fue una tarea difícil que se hizo más difícil por el hecho de que el dióxido de silicio se vuelve muy absorbente a longitudes de onda más largas en el infrarrojo medio.
"Esto significaba que no solo teníamos que construir un tipo diferente de láser sobre silicio, sino que también teníamos que construir una guía de onda de silicio diferente", explicó Spott. "Construimos un tipo de guía de onda llamada guía de onda SONOI [silicon-on-nitride-on-insulator], que utiliza una capa de nitruro de silicio [SiN] debajo de la guía de ondas de silicio, en lugar de solo SiO2 ".
El avance podría llevar a varias aplicaciones, explicó Spott. Tradicionalmente, los dispositivos fotónicos de silicio operan en longitudes de onda del infrarrojo cercano, con aplicaciones en transmisión de datos y telecomunicaciones. Sin embargo, existe un creciente interés en la investigación en la construcción de estos dispositivos fotónicos de silicio durante más tiempolongitudes de onda infrarrojas, para una gama de aplicaciones de detección y detección, como espectroscopía de enlaces químicos, detección de gases, astronomía, detección oceanográfica, imágenes térmicas, detección de explosivos y comunicaciones en el espacio libre.
El siguiente paso para el equipo es mejorar la disipación de calor para mejorar el rendimiento de estos QCL y permitirles hacer QCL de onda continua en silicio. "En general, esperamos mejorar el diseño para obtener mayores poderes y eficiencia".Spott dijo: "Esto nos acerca a la construcción de dispositivos de infrarrojo medio totalmente integrados en un chip de silicio, como espectrómetros o sensores de gas. El silicio es económico, la fabricación puede ampliarse para reducir significativamente el costo de chips individuales, y muchos pequeñoslos dispositivos se pueden construir en el mismo chip de silicio, por ejemplo, varios tipos diferentes de sensores que funcionan en diferentes longitudes de onda del infrarrojo medio ".
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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