波長範圍超過100奈米的奈米雷射
- 上線日期：2008/9/19 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網http://nano.nchc.org.tw/
美國科學家將多重量子井(multi-quantum well, MQW)奈米線雷射的芯及外殼個別優化，結果讓控制性及可調性達到前所未有的水準。這種微型光源能發出波長介於365及494 nm的雷射光，亦即波長可調範圍超過100 nm。
哈佛大學的Charles Lieber指出，該小組製作出第一個圍繞奈米線芯的同心MQWs，這些MQW不但創下結構複雜度的新高，而且讓科學家得以分別研究奈米線雷射的兩大要素：共振腔與增益介質。該小組認為這是朝獨立(free-standing)注入型奈米雷射發展的第一步。
奈米線雷射並非新概念，但先前的研究都著重於均質(homogeneous)的半導體，如氮化鎵(GaN)，這表示雷射的波長取決於材料的能隙，所以無法設計與調整雷射特性。Lieber團隊所製備的雷射則以GaN奈米線芯為共振腔，InGaN/GaN組成的MQW外殼作為成份可調的增益介質。在室溫下操作，只要改變銦的摻雜量，可使元件發光波長從365 nm調至494 nm。
Lieber表示，將增益介質與共振腔分開研究的目的，是為了找到兩個獨立參數的最好結構效率。MQW奈米線異質結構(heterostructures)包含3到26個量子井，奈米線直徑寬約200到400 nm，長度約20到60 μm，並以波長266 nm的Q開關摻釹釩酸釔(Nd:YVO4)雷射加以激發。
Lieber團隊目前朝多個方向研究，首先他們希望生長更小的芯或增加披覆層，來降低雷射的閥值。由於增益介質與共振模態間的耦合率較好，所以量子井層數越多，雷射閾值就越低。Lieber認為在最佳的共振腔結構下，只要數個量子井就能夠達成雷射。另外，他們也將研究電激發的可行性，例如嘗試在單一個奈米線中結合MQW與摻質調制，以獲得注入型奈米雷射。
Lieber表示，長遠的目標應該是電激發、多波長、低閥值的奈米雷射陣列，而它們在異質積體光電晶片中的應用將是可預期的。詳見Nature Materials doi:10.1038/nmat2253。
原始網站: http://optics.org/cws/article/research/35570
譯者:謝德霖(逢甲大學光電學系)
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