سلیکون پر مبنی کوانٹم ڈاٹ لیزرز سلکان ویو گائیڈ یک سنگی کے ساتھ مربوط
سلیکون پر مبنی آپٹو الیکٹرانک چپس میں مصنوعی ذہانت، ہائپر اسکیل ڈیٹا سینٹرز، ہائی پرفارمنس کمپیوٹنگ، لائٹ ایمیٹنگ ریڈار (LIDAR) اور مائیکرو ویو فوٹوونکس میں ایپلی کیشنز کی ایک وسیع رینج ہوتی ہے۔ یک سنگی طور پر مربوط سلکان پر مبنی لیزرز میں کم بجلی کی کھپت اور زیادہ انضمام کے فوائد ہیں، جو آپٹیکل انٹر کنیکٹس اور تیز رفتار آپٹیکل کمیونیکیشن چپس کے مستقبل کی ترقی کا رجحان ہیں۔ حالیہ برسوں میں، سلیکون سبسٹریٹس پر گروپ III-V کوانٹم ڈاٹ (QD) لیزرز کی براہ راست اپیٹیکسیل نمو نے قابل ذکر پیش رفت کی ہے، جس نے سلیکون پر مبنی آپٹو الیکٹرانک انضمام کے لیے ایک ٹھوس بنیاد رکھی ہے، لیکن سلیکون پر مبنی لیزرز اور آپٹو الیکٹرانک ڈیوائسز کا یک سنگی انضمام۔ ابھی تک احساس نہیں ہوا ہے.
انسٹی ٹیوٹ آف فزکس، چائنیز اکیڈمی آف سائنسز (آئی پی ایس)/بیجنگ میں نیشنل ریسرچ سینٹر فار کنڈینسڈ میٹر فزکس (این آر سی پی) میں جیان جون ژانگ، ٹنگ وانگ، اور زیہاؤ وانگ سلیکون پر مبنی آن چپ روشنی کے ذرائع پر توجہ مرکوز کر رہے ہیں۔ حالیہ برسوں میں سلکان پر مبنی آپٹو الیکٹرانک انضمام کے پیمانے پر، اور سلکان پر مبنی انٹیگریٹیبل لیزرز کی سمت میں نمایاں پیش رفت کی ہے، جو کہ متعلقہ بین الاقوامی تحقیقی شعبوں میں سب سے آگے ہے۔ حالیہ برسوں میں اس کے نمائندے کے کاموں میں وسیع ترین فلیٹ ٹاپ کوانٹم ڈاٹ فریکوئنسی کامب لیزر کی وصولی شامل ہے، جس کی ٹرانسمیشن کی شرح 4.8 Tbit/s ایک چار لیزر سرنی (Photon. Res. 2022; 10, 1308) کے ساتھ ہے۔ فیز ماڈیولڈ سیلف انجیکشن لاکنگ کے ذریعے تنگ لائن وڈتھ کے ساتھ سلیکون پر ایپیٹیکسیل گروپ III-V کوانٹم ڈاٹ لیزرز کا ادراک (Photon. Res. 2022; 10, 1308)، نیز ایپیٹیکسیل گروپ III-V کوانٹم ڈاٹ لیزرز کا احساس سلکان بذریعہ فیز ماڈیولڈ سیلف انجیکشن لاکنگ (فوٹون ریسیس 2022؛ 10، 1840)؛ اور SOI پر مبنی یک سنگی طور پر مربوط InAs کوانٹم ڈاٹ سنگل ٹرانسورس موڈ لیزرز (ACS Photon. 2023؛ 10, 1813) کے حصول کا بیڑا اٹھایا۔ ٹیم نے حال ہی میں شنگھائی جیاؤتونگ یونیورسٹی کے Yikai Su اور Xuhan Guo اور Songshan Lake Materials Laboratory وغیرہ کے ساتھ تعاون کیا ہے۔ ٹیم کے سابقہ اعلیٰ معیار کے سلیکون پر مبنی III-V مواد کی بنیاد پر، ٹیم نے تجویز پیش کی ہے کہ ایک سلکان۔ InAs/GaAs کوانٹم ڈاٹ لیزرز اور سلکان ویو گائیڈز کو ایک ہی SOI سبسٹریٹ (تصویر 1) پر مربوط کرنے کے لیے ایمبیڈڈ ایپیٹیکسی طریقہ، جو سلیکون پر مبنی لیزرز سے روشنی کو کامیابی کے ساتھ منتقل کرتا ہے، محققین نے کامیابی کے ساتھ سلیکون پر مبنی لیزر سے روشنی کو جوڑا۔ لیزر اور ویو گائیڈ کے یک سنگی انضمام کو پہلی بار محسوس کرتے ہوئے اینڈفیس کے ذریعے سلیکون ویو گائیڈ تک، جس کا جائزہ لینے والے نے "بہت اچھے سائنسی اور تکنیکی اثرات کے ساتھ ایک بہترین تحقیقی کام کے طور پر جائزہ لیا، اور یہ اس شعبے میں ایک اہم پیش رفت ہے۔ مربوط فوٹوونکس"۔
محققین نے مختلف درجہ حرارت پر سرایت شدہ لیزر کے LI منحنی خطوط اور جوڑے کے بعد آؤٹ پٹ پاور کی تحقیقات کی۔ کنٹیونٹی ویو (CW) کرنٹ آپریشن موڈ میں لیزر ایکسائٹیشن ٹمپریچر 95 ڈگری یا اس سے زیادہ ہو سکتا ہے، جس میں کمرے کے درجہ حرارت کی حد تقریباً 50 ایم اے ہے، اور 250 ایم اے کے انجیکشن کرنٹ پر زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ پاور 37 میگاواٹ ہے۔ . 210 ایم اے کے انجیکشن کرنٹ پر، ایمبیڈڈ لیزر 6.8 میگاواٹ کی آپٹیکل پاور کو سلکان ویو گائیڈ (تصویر 2) کے ساتھ جوڑتا ہے۔ اس کے علاوہ، یہ پایا گیا کہ ایک سے زیادہ ٹیپرڈ ٹپس والے ایج کپلرز میں کپلنگ کی کارکردگی زیادہ ہوتی ہے اور عام ریورس ٹیپرڈ کپلرز کے مقابلے میں ایک ہی ٹپ کے ساتھ بہتر سیدھ میں رواداری ہوتی ہے کیونکہ ان کے اسپاٹ سائز لیزر کے موڈ پروفائل سے زیادہ ملتا جلتا ہے۔
مطالعہ کے نتائج حال ہی میں Light: Science & Application (Light. Sci. Appl. 12, 84 (2023)) میں شائع ہوئے، پہلے مصنف وینکی وی کے ساتھ، جو انسٹی ٹیوٹ آف فزکس، CAS (اب ایک ایسوسی ایٹ ریسرچر) میں پوسٹ ڈاکیٹرل فیلو ہیں۔ سونگشن لیک میٹریلز لیبارٹری میں)، میجسٹک یانگ، ڈاکٹریٹ کا طالب علم، ہاؤ زی، ایک ایسوسی ایٹ محقق، اور این ہی، شنگھائی جیاؤٹونگ یونیورسٹی میں ڈاکٹریٹ کا طالب علم۔ ڈاکٹر ہاؤ وانگ، ایسوسی ایٹ ریسرچر، اور این ہی، پی ایچ. متعلقہ مصنفین ریسرچ فیلو جیان جون ژانگ، ایسوسی ایٹ ریسرچ فیلو ٹنگ وانگ، پروفیسر یکائی سو اور ایسوسی ایٹ پروفیسر زوہان گوو ہیں۔
مذکورہ تحقیقی کام کو چین کے قومی کلیدی تحقیق اور ترقی کے پروگرام، نیشنل نیچرل سائنس بقایا یوتھ فنڈ اور اعلیٰ سطحی فنڈ، اور چائنیز اکیڈمی آف سائنسز کی یوتھ پروموشن کمیٹی نے تعاون کیا۔
سلیکن ویو گائیڈز کے ساتھ سلیکون بیسڈ کوانٹم ڈاٹ لیزرز کا یک سنگی انضمام
تصویر 1. لیزر اور ویو گائیڈ یک سنگی مربوط آلہ
شکل 2. SOI پر مبنی مربوط III-V کوانٹم ڈاٹ لیزرز کی آپریٹنگ خصوصیات
