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技术难度:硅基光源实现的挑战

时间:2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:对于光电集成或硅光子集成,尚有一些学术与产业之间的困难亟待专家解决。除自由电子激光器外,各种激光器的基本工作原理均相同。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态,为实现并维持粒子数反转创造条件。激光器中常见的组成部分还有谐振腔,但谐振腔并非必不可少的组成部分,谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向,从而使激光具有良好的方向性和相干性。光收发模块用的多为电注入式半导体激光器。

技术难度:硅基光源实现的挑战

对于光电集成或硅光子集成,尚有一些学术与产业之间的困难亟待专家解决。

硅基为什么难做激光器,先了解什么是激光器。

自由电子激光器外,各种激光器的基本工作原理均相同。产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大于损耗,所以装置中必不可少的组成部分有激励(或泵浦)源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态,为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级可使受激辐射占主导地位,从而实现光放大。激光器中常见的组成部分还有谐振腔,但谐振腔并非必不可少的组成部分,谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向,从而使激光具有良好的方向性和相干性。而且,它可以很好地缩短工作物质的长度,还能通过改变谐振腔长度来调节所产生激光的模式(即选模),所以一般激光器具备谐振腔。

激光器分类与市场比例:

CO2激光器主要用于切割、焊接、打标。

固体激光器应用广泛,主要包括焊接、打孔、打标、切割、微加工。

半导体激光器主要用于表面处理、焊接、塑料连接、光通信

准分子激光器主要用于光刻和微加工。

光收发模块用的多为电注入式半导体激光器。(www.xing528.com)

半导体激光器发光条件:

直接带隙半导体:导带和价带的极值都在K空间原点,带间复合为直接跃迁,由于直接跃迁的发光过程只涉及一个电子—空穴对和一个光子,其辐射效率很高。

间接带隙半导体:导带和价带的极值对应于不同的波矢K,这时发生的带与带之间的跃迁是间接跃迁。

内量子效率:为单位时间内辐射复合产生的光子数与单位时间内注入的电子—空穴对数之比。辐射复合速率(Wnr+Wr)之比。

硅光产业只有光源一个困难么?还有:

与CMOS工艺精度兼容问题……

产业化市场需求与投资收益权衡……

工业化封装的挑战……

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