基于量子阱(QW)和量子点(QD)半导体材料的激光二极管与SiN微谐振器集成，因其功率效率高、体积小而显示出巨大的潜力。万雅婷教授领导的一项研究探讨了这些复合腔激光器的设计和功能，为未来激光二极管技术的发展提供了宝贵的见解。

量子点和量子阱激光二极管由III-V族QW/QD DFB激光器和SiN微扰谐振器组成

量子点和量子阱激光二极管： 微谐振器的未来

基于量子阱(QW)和量子点(QD)半导体材料的片上激光二极管现已成为各种应用的主要候选器件。量子阱（QW）和量子点（QD）基于半导体材料的片上激光二极管目前已成为各种应用的主要候选器件，它们具有功率效率高、可在高温下工作和体积小等诱人特性。尽管QWs已经广泛应用于商业产品中，但QDs以其独特的零维态密度和类似原子的退变性，成为一种很有前途的替代品。

通过自注入锁定，III-V族激光器与氮化硅（SiN）微谐振器的异质集成增加了内在优势。这些优势包括结构紧凑、大批量生产的潜力以及更高的稳定性。与在原生平台上生长的III-V族激光器相比，该技术具有更出色的线宽收窄性能。

不同QD层（a）和QD密度（b）下III-V族/SiN族QD激光器的线宽FWHM与注入电流密度的函数关系。资料来源：Emad Alkhazraji、Weng W. Chow、Frédéric Grillot、John E. Bowers和Yating Wan。

探索量子阱和量子点器件的新研究

最近发表在《光科学与应用》杂志上的一项研究对复合腔激光器有源介质的设计进行了参数调查。这项研究由沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）集成光子学实验室的万雅婷教授、美国阿尔伯克基桑迪亚国家实验室的Weng W. Chow博士、法国巴黎综合理工学院巴黎电讯LTCI的Frédéric Grillot教授和美国加州大学圣巴巴拉分校的John Bowers教授共同领导。

研究小组重点研究了载流子量子约束对锁定复合腔器件的动态和光谱特性的影响。他们特别强调了将III-V族QW或QD分布反馈（DFB）激光器与SiN微孔谐振器集成时发射光谱的细化或线宽的缩小。该研究论文的第一作者Emad Alkhazraji阐明了改进背后的原理。Alkhazraji解释说："当适当调整并锁定到一个或多个微孔的whispering gallery模式时，瑞利后向散射形式的光反馈可使激光二极管的激光线宽大幅降低到Hz级。"

图像显示了4D设计空间和每个器件的最佳点。资料来源：Emad Alkhazraji、Weng W. Chow、Frédéric Grillot、John E. Bowers和Yating Wan。

研究结果和对未来设计的启示

通过遗传算法对QW和QD器件进行多目标设计-操作优化分析，研究人员结束了参数调查，然后采用多决策算法确定每个优化变量的最佳设计操作点。

"这些发现为更全面的参数研究提供了指导，可以为工程设计提供及时的结果，"万教授总结道。该研究强调了激光二极管技术领域的改进和进一步发展潜力。