সিলিকন-ভিত্তিক কোয়ান্টাম ডট লেজারগুলি সিলিকন ওয়েভগাইড মনোলিথগুলির সাথে একত্রিত
সিলিকন-ভিত্তিক অপটোইলেক্ট্রনিক চিপগুলির কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা, হাইপারস্কেল ডেটা সেন্টার, উচ্চ-পারফরম্যান্স কম্পিউটিং, লাইট-এমিটিং রাডার (LIDAR) এবং মাইক্রোওয়েভ ফটোনিক্সে বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে। একচেটিয়াভাবে সমন্বিত সিলিকন-ভিত্তিক লেজারগুলির কম শক্তি খরচ এবং উচ্চ একীকরণের সুবিধা রয়েছে, যা অপটিক্যাল ইন্টারকানেক্ট এবং উচ্চ-গতির অপটিক্যাল যোগাযোগ চিপগুলির ভবিষ্যতের বিকাশের প্রবণতা। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, সিলিকন সাবস্ট্রেটগুলিতে গ্রুপ III-V কোয়ান্টাম ডট (QD) লেজারগুলির সরাসরি এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি করেছে, সিলিকন-ভিত্তিক অপটোইলেক্ট্রনিক ইন্টিগ্রেশনের জন্য একটি শক্ত ভিত্তি স্থাপন করেছে, কিন্তু সিলিকন-ভিত্তিক লেজারগুলির একচেটিয়া ইন্টিগ্রেশন এবং অপটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইস। এখনও উপলব্ধি করা হয়নি.
জিয়ানজুন ঝাং, টিং ওয়াং এবং জিহাও ওয়াং ইনস্টিটিউট অফ ফিজিক্স, চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেস (আইপিএস)/ বেইজিংয়ের জাতীয় গবেষণা কেন্দ্র ফর কনডেন্সড ম্যাটার ফিজিক্স (এনআরসিপি) সিলিকন-ভিত্তিক অন-চিপ আলোর উত্সগুলিতে ফোকাস করছে সাম্প্রতিক বছরগুলিতে স্কেল সিলিকন-ভিত্তিক অপটোইলেক্ট্রনিক ইন্টিগ্রেশন, এবং সিলিকন-ভিত্তিক ইন্টিগ্রেটেবল লেজারগুলির দিকে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি করেছে, যা প্রাসঙ্গিক আন্তর্জাতিক গবেষণা ক্ষেত্রের অগ্রভাগে রয়েছে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে তার প্রতিনিধির কাজগুলির মধ্যে রয়েছে প্রশস্ত ফ্ল্যাট-টপড কোয়ান্টাম ডট ফ্রিকোয়েন্সি কম্ব লেজারের উপলব্ধি, একটি চার-লেজার অ্যারের জন্য 4.8 টিবিট/সেকেন্ডের ট্রান্সমিশন হার (ফোটন। রেস. 2022; 10, 1308), এবং ফেজ-মডুলেটেড সেলফ-ইনজেকশন লকিং (ফোটন। রেস. 2022; 10, 1308), সেইসাথে এপিটাক্সিয়াল গ্রুপ III-V কোয়ান্টাম ডট লেজারের উপলব্ধি। ফেজ-মডুলেটেড সেলফ-ইনজেকশন লকিং দ্বারা সিলিকন ( ফোটন। রেস. 2022; 10, 1840); এবং SOI-ভিত্তিক একচেটিয়াভাবে ইন্টিগ্রেটেড InAs কোয়ান্টাম ডট সিঙ্গেল ট্রান্সভার্স মোড লেজার (ACS Photon. 2023; 10, 1813) উপলব্ধির পথপ্রদর্শক। দলটি সম্প্রতি সাংহাই জিয়াওটং ইউনিভার্সিটির ইকাই সু এবং জুহান গুও এবং সোংশান লেক ম্যাটেরিয়ালস ল্যাবরেটরির ওয়েনকি ওয়েই, ইত্যাদির সাথে সহযোগিতা করেছে। দলের আগের উচ্চ-মানের সিলিকন-ভিত্তিক III-V উপকরণের ভিত্তিতে, দলটি একটি সিলিকন- InAs/GaAs কোয়ান্টাম ডট লেজার এবং সিলিকন ওয়েভগাইডকে একই SOI সাবস্ট্রেটে (চিত্র 1) একীভূত করার জন্য ভিত্তিক এমবেডেড এপিটাক্সি পদ্ধতি, যা সফলভাবে সিলিকন-ভিত্তিক লেজার থেকে আলোকে পাস করে গবেষকরা সফলভাবে একটি সিলিকন-ভিত্তিক লেজার থেকে আলোকে সংযুক্ত করেছেন এন্ডফেসের মাধ্যমে একটি সিলিকন ওয়েভগাইডে, প্রথমবারের মতো লেজার এবং ওয়েভগাইডের একচেটিয়া সংহতকরণ উপলব্ধি করে, যা পর্যালোচক দ্বারা "মহান বৈজ্ঞানিক ও প্রযুক্তিগত প্রভাব সহ একটি চমৎকার গবেষণা কাজ হিসাবে মূল্যায়ন করা হয়েছে, এবং এটি এই ক্ষেত্রে একটি উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি। ইন্টিগ্রেটেড ফোটোনিক্স"।
গবেষকরা বিভিন্ন তাপমাত্রায় এমবেডেড লেজারের LI বক্ররেখা এবং কাপলিংয়ের পরে আউটপুট পাওয়ার তদন্ত করেছেন। কন্টিনিউটি-ওয়েভ (CW) বর্তমান অপারেশন মোডে লেজারের উত্তেজনা তাপমাত্রা 95 ডিগ্রি বা তার বেশি হতে পারে, রুম-টেম্পারেচার থ্রেশহোল্ড কারেন্ট প্রায় 50 mA, এবং 250 mA এর ইনজেকশন কারেন্টে সর্বাধিক আউটপুট পাওয়ার 37 mW হতে পারে। . 210 mA-এর একটি ইনজেকশন কারেন্টে, এমবেডেড লেজারটি একটি সিলিকন ওয়েভগাইডের সাথে মিলিত 6.8 মেগাওয়াটের একটি অপটিক্যাল শক্তি আউটপুট করে (চিত্র 2)। উপরন্তু, এটি পাওয়া গেছে যে একাধিক টেপারড টিপস সহ প্রান্ত কাপলারগুলির একটি একক টিপ সহ সাধারণ বিপরীত-টেপারড কাপলারগুলির তুলনায় উচ্চতর কাপলিং দক্ষতা এবং ভাল সারিবদ্ধকরণ সহনশীলতা রয়েছে কারণ তাদের দাগের আকার লেজারের মোড প্রোফাইলের সাথে আরও বেশি।
গবেষণার ফলাফল সম্প্রতি প্রকাশিত হয়েছে Light: Science & Application (Light. Sci. Appl. 12, 84 (2023)), প্রথম লেখক Wenqi Wei, Institute of Physics, CAS-এর একজন পোস্টডক্টরাল ফেলো (বর্তমানে একজন সহযোগী গবেষক) সোংশান লেক ম্যাটেরিয়ালস ল্যাবরেটরিতে), ম্যাজেস্টিক ইয়াং, একজন ডক্টরেট ছাত্র, হাও জি, একজন সহযোগী গবেষক এবং আন হে, সাংহাই জিয়াওটং বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন ডক্টরাল ছাত্র। ড. হাও ওয়াং, সহযোগী গবেষক, এবং আন হে, পিএইচ. সংশ্লিষ্ট লেখকরা হলেন রিসার্চ ফেলো জিয়ানজুন ঝাং, অ্যাসোসিয়েট রিসার্চ ফেলো টিং ওয়াং, প্রফেসর ইকাই সু এবং অ্যাসোসিয়েট প্রফেসর জুহান গুও।
উপরের গবেষণা কাজটি চীনের ন্যাশনাল কী রিসার্চ অ্যান্ড ডেভেলপমেন্ট প্রোগ্রাম, ন্যাশনাল ন্যাচারাল সায়েন্স আউটস্ট্যান্ডিং ইয়ুথ ফান্ড এবং টপ-লেভেল ফান্ড এবং চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেসের যুব প্রচার কমিটি দ্বারা সমর্থিত ছিল।
সিলিকন ওয়েভগাইডের সাথে সিলিকন ভিত্তিক কোয়ান্টাম ডট লেজারের মনোলিথিক ইন্টিগ্রেশন
চিত্র 1. লেজার এবং ওয়েভগাইড একশিলা সমন্বিত ডিভাইস
চিত্র 2. SOI-ভিত্তিক সমন্বিত III-V কোয়ান্টাম ডট লেজারগুলির অপারেটিং বৈশিষ্ট্য
