復旦大學信息科學與工程學院吳翔教授、陸明教授和張樹宇副教授團隊合作，研制出世界上首個全硅激光器。相關研究成果日前以快報形式發(fā)表于《科學通報》(Science Bulletin)。

　　據(jù)悉，不同于以往的混合型硅基激光器，這次研究最終實現(xiàn)由硅自身作為增益介質(zhì)產(chǎn)生激光。

　　集成硅光電子結(jié)合了當今兩大支柱產(chǎn)業(yè)——微電子產(chǎn)業(yè)和光電子產(chǎn)業(yè)——的精華。硅激光器是集成硅光電子芯片的基本元件，是實現(xiàn)集成硅光電子的關鍵。集成硅光電子預計將廣泛應用于遠程數(shù)據(jù)通信、傳感、照明、顯示、成像、檢測、大數(shù)據(jù)等眾多領域。

　　然而，硅自身的發(fā)光極弱，如何將硅處理成具有高增益的激光材料，一直是一個瓶頸問題。自2000年實驗證明硅納米晶材料可以實現(xiàn)光放大以來，這一瓶頸始終限制著硅激光器的發(fā)展。

　　早在2005年全硅拉曼激光器問世時，有關“全硅激光器”的新聞就曾引起過社會關注。然而，這是一種將外來激光導入到硅芯片后產(chǎn)生的激光器，硅本身并不作為光源。同年，混合型硅基激光器面世。這種激光器是在現(xiàn)有的硅基波導芯片的基礎上，直接粘合上成熟的III-V族半導體激光器，使兩個部件組合成為一個混合型硅基激光器。同樣，硅本身不是光源?；旌闲图す馄骱同F(xiàn)有硅工藝兼容性較差，還會產(chǎn)生晶格失配問題。

　　專家介紹，這次研發(fā)的硅激光器與以往不同，它的發(fā)光材料(增益介質(zhì))是硅本身(硅納米晶材料)，激光器可做在硅芯片上，所以是真正意義上的全硅激光器。復旦大學研究人員首先借鑒并發(fā)展了一種高密度硅納米晶薄膜制備技術，由此顯著提高了硅納米晶發(fā)光層的發(fā)光強度;之后，為克服常規(guī)氫鈍化方法無法充分飽和懸掛鍵缺陷這一問題，又發(fā)展了一種新型的高壓低溫氫鈍化方法，使得硅納米晶發(fā)光層的光增益一舉達到通常III-V族激光材料的水平;在此基礎上還設計和制備了相應的分布反饋式(DFB)諧振腔，最終成功獲得光泵浦DFB型全硅激光器。這種激光器不僅克服了半導體材料生長過程中會產(chǎn)生的晶格失配和工藝兼容性差的問題，同時，作為地表儲備量第二豐富的元素，以硅做光增益材料也可以避免對稀有元素如鎵、銦等的過度依賴。

　　目前，全硅激光器仍需采用光泵浦技術，在紫外脈沖光的激勵下，由硅材料自身產(chǎn)生激光。未來，復旦大學團隊還將進一步研發(fā)和完善電泵浦技術，通過向硅納米晶激光器內(nèi)注入電流，產(chǎn)生激光輸出，以電發(fā)光，走完距離實際應用的最后一公里，促進全硅激光器的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。