北大片上微納激光器精確集成研究取得重要進(jìn)展

隨著信息化時(shí)代的來臨，信息量爆炸式增長，采用傳統(tǒng)的集成電路處理龐大的數(shù)據(jù)已經(jīng)越發(fā)捉襟見肘。而光子集成回路和光子芯片具有低功耗、高速率、大帶寬等優(yōu)勢(shì)，是未來光信息處理系統(tǒng)的一種可行方案。光子芯片一般包括片上光源、信號(hào)處理和信號(hào)探測三個(gè)主要部分。把具有不同材料、不同結(jié)構(gòu)和不同功能的微納光子器件精確、可控地集成在單個(gè)芯片上是實(shí)現(xiàn)光子芯片的關(guān)鍵技術(shù)之一。

片上膠體量子點(diǎn)微盤激光器與銀納米線表面等離激元波導(dǎo)的精確、并行、無損集成。

近日，北京大學(xué)“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)”發(fā)展了一種高精度的暗場光學(xué)成像定位技術(shù)(位置不確定度僅21 nm)，并結(jié)合電子束套刻工藝，實(shí)現(xiàn)了片上量子點(diǎn)微盤激光器與銀納米線表面等離激元波導(dǎo)的精確、并行、無損集成。這種微盤-銀納米線復(fù)合結(jié)構(gòu)同時(shí)具有介質(zhì)激光器與表面等離激元波導(dǎo)的優(yōu)勢(shì)，因此不僅具有介質(zhì)激光器的低閾值與窄線寬特性，而且具有表面等離激元波導(dǎo)的深亞波長場束縛特性。

基于這種靈活、可控的制備方法，他們實(shí)現(xiàn)了片上微盤激光器與表面等離激元波導(dǎo)間多種形式的精確可控集成，包括切向集成、徑向集成以及復(fù)雜集成，并且對(duì)量子點(diǎn)無任何加工損傷；進(jìn)一步，通過同時(shí)集成多個(gè)片上微盤激光器與多個(gè)銀納米線表面等離激元波導(dǎo)，他們獲得了多模、單色單模以及雙色單模的深亞波長(0.008λ2)相干輸出光源。

這些高性能的深亞波長相干輸出光源可以容易地耦合并分配至其它深亞波長表面等離激元光子器件和回路中。因此，這種靈活、可控的精確集成方法在高集成密度的光子-表面等離激元復(fù)合光子回路中具有重要應(yīng)用，并且這種方法可以拓展到其它材料和其它功能的微納光子器件集成中，為未來光子芯片的實(shí)現(xiàn)提供了一種可行的解決方案。

該工作于2018年5月發(fā)表在Advanced Materials上(Advanced Materials 2018, 30, 1706546)，并以卷首插畫(Frontispiece)的形式予以重點(diǎn)報(bào)道。文章的第一作者為北京大學(xué)物理學(xué)院博士研究生容科秀，陳建軍研究員為通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心和極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心等的支持。