半导体微纳激光器

项目负责人:陈锐
技术领域:超灵敏传感/生物分子实时监测/微纳激光显示

项目简介


微纳激光器是一种由尺寸在微米或亚微米量级的光学谐振腔和增益介质组成的微型激光器,实现了对光在三个维尺度上的限制。通常而言,由于光学腔物理体积的减小,使得微纳光学谐振腔内的径向模式数目相应地减少,进而影响腔中增益介质的自发辐射和激射特性。微纳激光器在诸多领域有着广泛的应用价值。首先,由于尺寸非常小,在大规模高密度的集成方面有良好的应用前景,能大大减小器件的体积、降低光学元件的成本;其次,由于微腔的限制作用,自发辐射耦合到激光模式内的比率增加,降低了激射的阈值,进而降低器件的功耗;再次,由于光腔的品质因子非常高,微纳激光器具有极高的响应,即使很小的折射率变化也会引起巨大的光学模式变化,因此可以作为超灵敏感应器,使温度、生物的传感甚至单分子的实时监控与探测成为可能;除此之外,高品质的微纳激光器也是基础研究的一个理想平台,如单光子的发射和检测、强耦合情况下腔量子电动力学的研究等。

应用领域

近年来,不同类型的光学微腔,围绕基于圆顶形液滴微纳结构的柔性激光器开展研究,获得了同行的肯定;巧妙利用表面修饰技术,在高性能激子材料与器件的设计与应用方面做出了系统性的创新工作。开展了微纳垂直腔面发射激光器(VCSELs)以及回音壁模式微纳激光器的研究。从增益材料的调控出发,利用激光光谱技术分析讨论材料的光学特性,制备高增益的半导体量子点材料,实现半导体微纳激光器的室温激射。


市场现状


目前,显示技术正朝着广色域、长寿命、高效率、低功耗、节能环保等优点方向发展,传统的显示技术已经无法满足这些日益增长的需求。因此,开发符合发展趋势的显示产品无疑是显示科技工作者的共识。自1970 年实现室温连续输出以来,激光技术的发展就十分迅速。由于激光在单色性、方向性和亮度等方面的优异特性,十分适合应用在显示方面。激光显示可以提供接近人眼感知极限的色彩,有超高的亮度和对比度;此外,激光具有相干性和偏振特性,能够实现大尺寸、任意形状屏幕投影;同时,激光有长的寿命和色彩的高稳定性,是被公认为继黑白显示、标准彩色显示、LCD 高清数字显示之后的下一代主流显示技术。本项目基于半导体量子点纳米材料制备三基色微纳激光器,并在此基础上实现小尺寸的激光显示器件,如便携式激光投影仪等。