光子晶体:纳米腔激光器的调制速度已超过100GHz

作者：Hassaun A.Jones-Bey

    斯 坦福大学的研究人员展示了调制速度超过100GHz的超快光子晶体（PC）纳米腔激光器。在他们以前的工作报道中，已将多个激光器封装成二维阵列，克服了单个纳米腔光子晶体激光器输出功率低的劣势。这样做能使其输出功率达到垂直腔面发射激光器（VCSEL）的水平，且速度比最先进的边发射半导体激光器快两个数量级，而其激射阈值却更低。



图解：斯坦福大学的研究结果。

     现在，他们正报道开关时间缩短为1～2皮秒（ps）的纳米腔激光器实验结果。由于微腔品质因子与模体积的比值较大（这一比值称为Purcell因子），所以腔内的自发辐射速率提高了75倍，这使得信号调制速率得以提高。

    在传统激光器中，较大的模体积会限制Purcell因子的作用。但半导体制造工艺和晶体生长技术的进步使人们能够生产出高质量光子晶体结构，并能选择折射率，还能对光子器件实现前所未有的控制。由此获得利用自发辐射效应所需的大Purcell因子。

     Jelena 领导的斯坦福研究小组成员Hatice Altug认为，目前可观察到的100GHz调制速度已接近探测器的时间响应极限，最新的实验结果显示其信号调制速度的潜力可达到太赫兹频段。这一性能进一步表明这种技术具有巨大的潜力，可应用于诸如高速通信、信息处理和片上光互联。

    图1中，上半图表示利用法珀标准具调制产生重复周期9ps（I）和15ps（II）的泵浦激光脉冲，下半图为输出光强随时间变化的曲线，该图用于说明单缺陷光子晶体微腔激光器的开、关过程。脉冲序列的间隔由法珀腔镜之间的距离控制。在这一展示过程中，只有前三个泵浦脉冲有足够的能量开启纳米腔激光器。

    超快电调制是通向实用化器件的另一重要步骤，研究人员希望实现这一功能是因为实验已展示了电泵浦的光子晶体纳米腔（还未实现超快调制）。已有人证明采用微米量级接触的电子器件具有亚飞法拉量级的电容，时间常数小于10ps。VCSEL的电调制速率受到高反射率布拉格反射镜的限制，而光子晶体纳米腔激光器不需要这一介质层。

参考文献：
1、H. Altug et al., Nature Physics 2, 484 (July 2006).

有问题啊？怎么看不到图呢？