Hoogpresterende 1550-nm InAs/GaAs Kwantumpunt SESAM met Kort-Periode Superrooster Kap voor Femtoseconde Vezellasers

Samenvatting

Laagdimensionale III-V InAs/GaAs kwantumpunten (QDs) zijn met succes toegepast op halfgeleider verzadigde absorberende spiegels (SESAMs) werkend in een golflengtebereik van 900-1310 nm voor ultrakorte gepulste lasertoepassingen, mede dankzij hun brede bandbreedte, golflengteflexibiliteit, en lage verzadigingsfluences. Het is echter uitdagend om een hoogpresterende QD-SESAM te verkrijgen die werkt rond 1550 nm vanwege de grote obstakels in de epitaxiale groei van de QD-structuren. In dit werk wordt voor het eerst onthuld dat in het InAs/GaAs QD-systeem ontworpen voor het 1550-nm lichtemissiebereik, het zeer zwakke dragerontspanningsproces van de bekledingslagen (CLs) naar de QDs voornamelijk verantwoordelijk is voor de slechte emissieprestaties. Op basis hiervan hebben we een kort-periode superrooster (In_0.20Ga_0.80As/In_0.30Ga_0.70As)₅ ontwikkeld als CL voor de QDs en een ~10 keer sterkere emissie bij 1550 nm gerealiseerd vergeleken met de conventionele InGaAs CL. Gebaseerd op de ontwikkelde QD-structuur zijn hoogpresterende QD-SESAMs met succes gerealiseerd, met een zeer kleine verzadigingsintensiteit van 13,7 MW/cm² en een grote niet-lineaire modulatiediepte van 1,6%, tegelijkertijd, wat de constructie van een 1550-nm femtoseconde mode-locked vezellaser met uitstekende lange-termijn werkingstabiliteit mogelijk maakt.

Inleiding

1550-nm mode-locked femtoseconde gepulste lasers hebben brede toepassingen in optische communicatie, ultrakorte optica, en niet-lineaire optica vanwege hun hoge piekvermogen, lage thermische effecten, en hoge pulsenergie. De verzadigde absorber (SA) met brede optische bandbreedte, snelle responstijd, en lage verliezenseigenschappen is het cruciale optische component voor dergelijke ultrakorte gepulste lasers. Daarnaast is een hoge schadedrempel van de SA zeer wenselijk voor langdurig stabiele werking van een mode-locked laser. Recentelijk hebben twee-dimensionale (2D) materialen zoals grafeen, topologische isolatoren, zwart fosfor, en overgangsmetaal dichalcogeniden veel aandacht getrokken voor hun toepassing als SA's voor mode-locked femtoseconde gepulste lasers. Hun lage schadedrempel en slechte werkingstabiliteit hebben hun brede toepassing echter ernstig belemmerd. Kwantumput (QW)-gebaseerde SESAMs worden beschouwd als een commerciële kandidaat voor mode-locked ultrakorte lasers vanwege hun hoge herhaalbaarheid en uitstekende operationele stabiliteit, maar de smalle operationele bandbreedtes en kleine modulatiediepte zijn nog steeds grote barrières voor de realisatie van femtoseconde ultrakorte pulsen.

Recentelijk zijn zelf-geassembleerde InAs kwantumpunten (QDs) gegroeid via de Stranski-Krastanow modus, gekenmerkt door brede operationele bandbreedte en snelle dragerhersteltijd, opgekomen als een uitstekende keuze voor SESAMs om mode-locked gepulste lasers te construeren. Om de werkende golflengte rond 1550 nm te bereiken, worden meestal InP-gebaseerde InGaAsP QWs gebruikt. De bandgaten van GaAs-gebaseerde InGaAs QDs kunnen over het algemeen ingenieurstechnisch worden afgestemd om het spectrale bereik van 980 tot 1310 nm te dekken, en een langere golflengte boven 1310 nm vereist veel hogere indiuminhoud in de QD-bekledingslagen (CLs). Kwaternire InGaAsSb (InGaNAs) legeringen en zeer hoge In% (>30%) InGaAs CLs zijn gebruikt om de QD-bandgap in de richting van de lange golflengte van 1550 nm te sturen. De kwaternire legering CLs vercompliceren de epitaxiale groeiproces echter aanzienlijk, en de hoge In-inhoud in InGaAs CLs degradeert de kristallijne en optische kwaliteit van de QDs, wat meer niet-stralende recombinatiecentra introduceert. De 1550-nm emissie is verkregen met InAs/GaAs QDs gegroeid op metamorfose substraten, maar slechte betrouwbaarheid en herhaalbaarheid blijven ernstige kwesties voor dergelijke technieken. In ons eerdere werk werden asymmetrische InAs/GaAs QDs werkend bij 1550 nm gefabriceerd, waarmee een mode-locked Er-gedopeerde glasoscillator is bereikt met een pulsbreedte van 2 ps. En recentelijk is een 1550-nm QD-SESAM met InGaAs beklede InAs/GaAs structuur gefabriceerd, waarmee een duale-golflengte passief Q-geschakelde erbium-gedopeerde vezel (EDF) laser is gerealiseerd. De prestaties van de verkregen lasers waren echter beperkt door de kleine modulatiediepte van 0,4% van deze QD-SESAMs. Het is daarom zeer wenselijk om nieuwe technieken te verkennen om de 1550-nm InAs/GaAs QD-structuren te optimaliseren met het oog op het verbeteren van de modulatiediepte van dergelijke QD-SESAMs.

In dit werk hebben we verschillende InAs/GaAs QD-structuren gegroeid ontworpen voor SESAMs werkend in een 1550-nm bereik, met InGaAs legering CLs en InGaAs kort-periode superrooster (SSL) CLs, respectievelijk, en hun optische eigenschappen grondig onderzocht. Fotoluminescentie (PL) spectroscopie karakterisatie onthult zeer zwakke lichtemissie bij kamertemperatuur (RT) rond de golflengte van 1550 nm, wat niet waargenomen kan worden bij lagere temperaturen dan 250 K. Dit fenomeen staat in opvallend contrast met de bekende temperatuursafhankelijke gedragingen van QD-systemen, namelijk de PL-intensiteit is sterker bij lagere temperaturen, wat zwak wordt of zelfs niet observeerbaar bij RT door thermische excitatie van de ingesloten dragers in QDs. De abnormale verschijnselen waargenomen in de 1550-nm InAs/GaAs QDs kunnen toegeschreven worden aan het zwakke dragerontspanningsproces van CL naar QDs, wat significant verminderd kan worden door een SSL CL voor de QDs te groeien. De SSL-structuren bieden veelvuldige fononmodi van grote trillingstoestandsdensiteiten, wat de dragerontspanning van de CLs naar de QDs effectief versterkt. Daarom wordt een 10-voudig sterkere 1550-nm emissie waargenomen dan bij niet-SSL beklede QDs. De superieure dragerdynamica in de 1550-nm QDs voorziet de QD-SESAMs van hoog verzadigend absorptieprestaties, geuiteerd als een zeer kleine verzadigingsintensiteit van 13,7 MW/cm² en een grotere niet-lineaire modulatiediepte van 1,6%, wat 4 keer de waarde is gerapporteerd in eerdere studies. Profiterend van de hoge prestaties van de QD-SESAM met SSL CLs, hebben we met succes een EDF-laser geconstrueerd en stabiele mode-locked lasing bereikt bij 1556 nm, met een pulsduratie van 920 fs.

Methoden

MBE-groei van de InAs/GaAs QDs

Drie InAs/GaAs QD-structuren zijn gegroeid met de techniek van moleculaire bundel epitaxie (MBE). Alle monsters bevatten drie periodes van puntlagen, elk zelf-geassembleerd uit 2,9 monolagen (MLs) InAs. Zoals getoond in Fig. 1, in monsters 1 en 2 werden de InAs QDs gegroeid op GaAs en een 1-nm In_0.18Ga_0.82As bufferlaag (BL), respectievelijk, en allemaal bekleed met een 6-nm-dikke In_0.33Ga_0.67As laag. Voor monster 3 werden de 2,9 MLs InAs QDs ook gegroeid op een 1-nm-dikke In_0.18Ga_0.82As BL, maar bekleed met een 10-nm-dikke SSL bestaande uit 5 periodes van In_0.20Ga_0.80As (1 nm) en In_0.30Ga_0.70As (1 nm) lagen. De groeitemperatuur en groeisnelheid van InAs QDs waren respectievelijk 510 °C en 0,01 ML/s. De QD-SESAMs zijn gefabriceerd door één puntlaagstructuur te groeien op een onderliggende Distributed Bragg Reflector (DBR) die 31 paren ongedopeerde GaAs (115 nm) en Al_0.98Ga_0.02As (134 nm) lagen bevat. De groeitemperaturen voor GaAs en InGaAs waren respectievelijk 565 en 530 °C.

Karakteriseringsmethoden

PL-metingen werden uitgevoerd bij gevarieerde temperaturen van 11 tot 300 K met een 532-nm vastestatlaser. De kristallografische structuren van deze QD-monsters werden gekarakteriseerd met hoge-resolutie Röntgendiffractie met behulp van de Cu Kα emissielijn. De morphologieën van de QD-structuren werden onderzocht met de techniek van atoomkrachtmicroscopie (AFM) in omgevingsomstandigheden onder een non-contact modus op een Nanoscope Dimension^TM 3100 SPM AFM-systeem. Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) beelden werden verkregen op een 200 KeV JEOL-2010 microscoop.

Resultaten en Discussie

Fig. 2a, b, en c presenteren de temperatuursafhankelijke PL-spectra van monsters 1, 2, en 3, respectievelijk, verkregen bij temperaturen variërend van 11 tot 300 K met een opwekkingsvermogen van 200 mW. Het onthult twee kenmerkende PL-pieken, een smalle piek in het korte golflengtegebied en een brede in het lange golflengtegebied. De smalle piek gepositioneerd rond 1170 nm bij 11 K en ongeveer 1280 nm bij 300 K komt van de luminescentie van de CLs, terwijl de brede piek rond 1550 nm bij 300 nm toegeschreven wordt aan de QD-emissie. Zoals getoond in Fig. 2a, bij lagere temperaturen kan alleen de CL-emissie waargenomen worden, en de emissie rond 1550 nm van de InAs QDs begint te verschijnen wanneer de temperatuur stijgt tot 250 K en wordt geleidelijk sterker met verder toenemende temperatuur. Hetzelfde gedrag wordt waargenomen met monster 2 zoals getoond in Fig. 2b. Over het algemeen, voor InAs/GaAs QD-structuren ontworpen voor kortere golflengte-emissie (bijv. 1300 nm), domineert de emissie van de QDs de PL-spectra bij lage temperaturen, en de emissie van CLs of wettinglagen is nauwelijks observeerbaar. Dit is vanwege de lagere energieniveaus van de QD-structuren en verminderde thermische ontSnapping van dragers uit de QDs bij lage temperaturen. Met toenemende temperatuur neemt de emissie-intensiteit van de QDs geleidelijk af door de versterkte thermische ontSnapping van dragers uit de QDs. In opvallend contrast met de InAs/GaAs QDs ontworpen voor 1310-nm toepassingen, vertonen onze monsters voor 1550 nm volledig tegengestelde temperatuursafhankelijke lichtemissiegedragingen, wat aangeeft dat er onderscheidende dragerdynamica in dit nieuwe QD-systeem zijn. Zoals afgebeeld in Fig. 2e, is de bandgap van de QDs veel smaller dan die van de CLs en de laagste energieniveaus voor elektronen en gaten liggen allemaal in de QD-structuur, en het wordt daarom verwacht dat de foto-gegenereerde dragers preferentieel in de QDs kunnen verblijven na ontspanning van hun overmatige energien. Echter, het waargenomen PL-resultaat is dat de CL-emissie de PL domineert en de QD-emissie onzichtbaar is bij temperaturen lager dan 250 K, wat onthult dat bij lage temperaturen de foto-gegenereerde dragers dominant in de CLs zijn ingesloten in plaats van in de QDs. Dit feit kan verklaard worden door de ernstige dragerontspanningsblokkeringseffecten dat er te weinig fonons deelnemen aan het dragerverstrooiingsproces, wat resulteert in lage ontspanningsefficiëntie van de dragers van de CLs naar de QDs. Met de toename van de temperatuur worden meer fononpopulaties thermisch geëxciteerd en de interactie van fonons met foto-gegenereerde dragers geleidelijk versterkt, wat leidt tot meer dragers verstrooid van CLs naar de QDs. De sterkste PL-intensiteit van de QD-emissie bij 1550 nm die verschijnt bij RT geeft aan dat het energiontspanningsproces van de dragers van CLs naar QDs de thermische ontSnapping van QDs naar CLs domineert.

De PL-karakterisaties van monsters 1 en 2 onthullen dat in het InAs/GaAs QD-systeem ontworpen voor 1550-nm toepassingen, een inefficiënte dragerontspanningskarakteristiek bestaat en grotere fonondichtheid de dragerontspanning naar de QDs begunstigt. Essentieel is het zwakke dragerontspanningsproces geworteld in de elektronische bandstructuren bepaald door de CL. De QD-materialen waarin hun bandoffsets veel groter zijn dan de longitudinale optische (LO) fononenergieën van de CLs en de dragers in de CLs moeten ontspannen naar de QD-niveaus via het emitteren van meerdere fonons in plaats van slechts één. Het zwakke dragerontspanningsproces kan niet geëlimineerd worden in de InAs/GaAs QDs voor 1550 nm vanwege de veel grotere bandoffset in de CL- en QD-bandstructuur, maar we kunnen het meervoudige fononverstrooiingsproces aanpassen via het aanpassen van de elektronische bandstructuren alsook de fononbandstructuren. Om dit doel te bereiken voor het verbeteren van de dragerontspanning in de 1550-nm QDs, hebben we een (In_0.20Ga_0.80As/In_0.30Ga_0.70As)₅ SSL-structuur gebruikt als de CLs om de InGaAs CLs te vervangen. De SSL CLs worden verwacht om meer fonontrillingsmodi en veel grotere fonondichtheden te bieden door de Brillouin-zone vouweffecten in SSL. Zoals getoond in Fig. 1c, is monster 3 gegroeid met dezelfde structuur als monster 2, behalve het gebruik van vijf periodes van 10-nm-dikke In_0.20Ga_0.80As/In_0.30Ga_0.70As SSLs als de CLs. Figuur 2d toont de verkregen XRD-patronen voor monsters 1, 2, en 3. Alle monsters vertonen een sterke piek bij 66,1°, die toegewezen kan worden aan de diffractie van de (008) vlakken van kubisch GaAs. Duidelijke satelietpieken als gevolg van de 6-nm-dikke In_0.33Ga_0.67As CL-structuur worden waargenomen rond 64,0° voor monsters 1 en 2. Nadere inspectie onthult dat In_0.20Ga_0.80As/In_0.30Ga_0.70As SSL in monster 3 een satelietpiek vertoont rond 64,4°, en de verschuiving naar grotere graden ten opzichte van die van In_0.33Ga_0.67As CLs suggereert een afname van de gemiddelde In-inhoud. Om het effect van SSL CLs op de optische eigenschappen van de InAs/GaAs QDs te begrijpen, worden ook temperatuursafhankelijke PL-spectra voor monster 3 gemeten, zoals getoond in Fig. 2c. Vergelijkbaar met monster 1 en 2, kan geen duidelijke PL-emissie bij 1550 nm van de InAs/GaAs QDs waargenomen worden bij temperaturen lager dan 200 K en de emissie wordt geleidelijk intenser met verhoogde temperaturen. Het is op te merken dat de QD-emissiepiek bij 1550 nm in monster 3 ontstaat bij een veel lagere temperatuur van 200 K (rond 250 K voor monsters 1 en 2). De relatieve intensiteit ten opzichte van de CL-emissie bij RT is veel hoger dan bij monsters 1 en 2, en de PL-intensiteit is ongeveer 10 keer sterker dan monster 2. Deze resultaten geven aan dat de SSL CLs de dragerontspanning van de CLs naar de QDs sterk versterken, wat resulteert in veel verbeterde stralende recombinatie in de QDs. De reden verantwoordelijk voor de verbeterde dragerontspanning van de CLs naar de QDs ligt in hoogwaardige SSL CLs met de verlaagde indiuminhoud. Dit moduleert effectief de dragerontspanningsgedragingen en versterkt de vangst van dragers door de QDs.

Om dieper inzicht te krijgen in het meervoudige-fonon-gefaciliteerde dragerverstrooiingsproces, worden de bandstructuren van het InAs/GaAs QD-systeem met verschillende typen CLs vergeleken. Voor de eenvoud kan het energieverschil tussen de CL- en QD-bandgaten geschat worden als het verschil in hun PL-piekenergieën. Zoals getoond in Fig. 2e en f, zijn de bandgapverschillen in monster 2 en 3 tussen de CL en de InAs QDs bij 300 K bepaald als respectievelijk 143 en 114 meV, volgens de PL-metingen. Met de aanname dat de bandoffsets ongeveer 60% zijn van de energetische verschillen tussen de geleidingsbanden van CL en QDs, moeten elektronen 86 en 68 meV respectievelijk voor monster 2 en monster 3 ontspannen om verstrooid te worden van de energieniveaus van de bekledingslagen naar de laagste energieniveaus van de InAs QDs. De fononenergieën van de LO en longitudinale akoestische (LA) modi in de InGaAs legeringen zijn 34 en 9 meV. Voor het meervoudige fononverstrooiingsproces kan de combinatie van 2 LO fonons in monster 3 de verstrooiing van een elektron van de CLs naar de QDs vervullen, terwijl 2 LO fonons plus 1 LO of 2 LA fonons vereist zijn voor monster 2. Het is aangetoond dat de elektronenontspanningssnelheid ernstig verminderd wordt wanneer meer fononmodi betrokken zijn bij een meervoudig fononverstrooiingsproces. Daarom is de elektronenontspanningssnelheid in monster 3 groter dan die in monster 2, wat verklaring biedt voor de veel versterkte PL-intensiteit van de QDs in monster 3. Eigenlijk zijn de verlaagde In-inhoud in de SSL CLs en het verzwakte fononknelpunteffect in het dragerontspanningsproces de belangrijkste redenen voor de versterkte PL-intensiteit van de QDs in monster 3.

Om het verbeterde dragerontspanningseffect veroorzaakt door de SSL CLs verder te verifiëren, werden opwekkingsvermogen-afhankelijke PL-spectra verkregen bij 300 K. Zoals getoond in Fig. 3a, b, en c, neemt de PL-intensiteit van de CL (Piek 1) en InAs QD (Piek 2) pieken geleidelijk toe met verhoogd opwekkingsvermogen, en geen duidelijke verschuiving van de piekposities kan waargenomen worden. Het is duidelijk waargenomen dat de intensiteit van Piek 1 veel sterker is dan die van Piek 2 in monster 1 en 2 zoals getoond in Fig. 3a en b bij het hogere opwekkingsvermogen, terwijl monster 3 een veel sterkere QD-emissie vertoont over het hele gemeten opwekkingsvermogenbereik. De PL-intensiteitsverhoudingen van Piek 2 en Piek 1 van deze monsters als functie van opwekkingsvermogen zijn samengevat in Fig. 3d. Bij het opwekkingsvermogen van 2000 mW, worden de PL-intensiteitsverhoudingen van Piek 2 en Piek 1 gevonden als 0,21 en 0,29 respectievelijk corresponderend aan monster 1 en 2, zoals getoond in Fig. 3d. Dit geeft aan dat veel dragers recombineren in InGaAs CL en de dragerontspanning van bekledingslaag naar InAs QDs ernstig gehinderd wordt door de inefficiënte dragerontspanningssnelheid. Vergeleken met monster 1, kan de laagintensiteitsverhouding van Piek 2 tot Piek 1 in monster 2 toegeschreven worden aan de hogere puntendichtheid bereikt door meer nucleatiecentra veroorzaakt door de In_0.18Ga_0.82As bufferlaag. De intensiteit van Piek 2 in monster 3 is ongeveer 2,1 keer sterker dan die van Piek 1 bij het opwekkingsvermogen van 2000 mW, wat aangeeft dat de dragerontspanningsefficiëntie in de SSL beklede InAs QDs veel verbeterd is. Bovendien wordt gevonden dat hoewel de gemiddelde In-inhoud rond 25% is in de SSL bekledingslaag, wat kleiner is dan 33% in de CLs van monsters 1 en 2, de emissiegolflengte van piek 1 (bij ~1337 nm) in monster 3 iets langer is dan die (bij ~1310 nm) voor monsters 1 en 2. We geloven dat de belangrijkste reden verantwoordelijk voor de resultaten het verminderde kwantuminsperringseffect in de veel dikker (10 nm) SSL-laag vergeleken met de 6-nm InGaAs bekledingslaag is.

Gebaseerd op de goede optische eigenschappen verkregen in de SSL beklede InAs/GaAs QDs, tonen we verder de toepassing ervan als QD-SESAM voor femtoseconde pulsengeneratie. De 1550-nm SSL beklede InAs/GaAs QD-SESAM bestaat uit één laag SSL beklede InAs/GaAs QDs als de absorptielaag en een onderliggende DBR-spiegel gemaakt van 31 periodes ongedopeerde GaAs (115 nm) en Al_0.98Ga_0.02As (134 nm) lagen. De gedetailleerde structuur van de QD-SESAM wordt geïllustreerd door de doorsnede TEM-afbeelding zoals getoond in Fig. 4. De gemiddelde puntdichtheid van de QDs in de absorptielaag wordt geschat op 4,4 × 10¹⁰ cm^-2, en de gemiddelde hoogte en laterale grootte van de punt zijn respectievelijk 7,5 en 40 nm zoals te zien in de AFM-afbeelding in Fig. 4. De SESAM is gekarakteriseerd met een typische gebalanceerde tweedetector opstelling en een verzadigingsintensiteit van 13,7 MW/cm² en een niet-lineaire modulatiediepte van 1,6% zijn bereikt. Zoals afgebeeld in Fig. 4, met de QD-SESAM geïmplementeerd in de EDF-lasercaviteit, hebben we een passief mode-locked laser geconstrueerd. Met een standaard 23,75-m single-mode vezel en een 0,75-m EDF als de versterkingsmedium, is de verkregen caviteit 24,5 m in lengte. Een halfgeleider DFB laserdiod (LD) emitterend bij 980 nm fungeert als de pompbron, en een 980/1550-nm golflengte-divisiemultiplexer (WDM) wordt gebruikt om de pompenergie in de vezellasercaviteit te koppelen. Een polarisatie-onafhankelijke isolator (PI-ISO) en een polarisatiecontroller (PC) worden gebruikt om eenrichtingsverkeer van het licht te waarborgen en de mode-locking toestand in de caviteit te optimaliseren, respectievelijk. Poort 1 van een 1550-nm optische circulator (CIR) is verbonden met de PC, Poort 2 is gekoppeld aan de QD-SESAM, en Poort 3 van deze CIR is verbonden met de 10/90 output coupler (OC) (10% output en 90% input).

Het mode-locking gedrag kan bereikt worden wanneer de pompvermogen hoger is dan 50 mW. Zoals getoond in Fig. 5a, neemt de uitgangsvermogen van deze mode-locked laser lineair toe met verhoogd pompvermogen en de hellingsefficiëntie is ongeveer 4,82% bepaald door de lineaire fitting behandeling. Zoals gepresenteerd in Fig. 5b, werd het typische spectrum van de conventionele soliton met een 3-dB bandbreedte van 3,2 nm waargenomen. De centrale golflengte is 1556 nm. Het RF-spectrum met een herhalingssnelheid van 8,16 MHz wordt getoond in Fig. 5c, corresponderend met de caviteitslengte van 24,5 m. Het signaal-ruisverhouding is ongeveer 51 dB, wat het grote potentieel aangeeft om stabiele mode-locking werking te bereiken met de SSL bekleding QD-SESAMs. Lange-termijn stabiele mode-locking metingen werden uitgevoerd bij de drempelpompvermogen van 50 mW, en meer dan 1 week stabiele continue werking werd bereikt. Fig. 5d is de autocorrelatiespoor aangepast met een Gaussiaans profiel, wat de echte pulsduratie van ongeveer 920 fs illustreert. Voor vergelijking, met de QD-SESAM gebaseerd op de structuur als in monster 2 met een verzadigingsintensiteit van 15,7 MW/cm² en een niet-lineaire modulatiediepte van 0,4%, genereert de mode-locked laser pulsen van 2,7 ps breed. De veel verminderde pulsduratie bereikt met QD-SESAM gebaseerd op SSL beklede QDs kan toegeschreven worden aan de verhoogde modulatiediepte, en we geloven dat de verbeterde dragerontspanningsefficiëntie geïnduceerd door SSL bekledingslagen verantwoordelijk is voor de verlaagde verzadigingsintensiteit. Bovendien zijn vijf andere SSL beklede QD-SESAMs geselecteerd om de mode-locked vezellasers te construeren, en alle mode-locked lasers hebben lange-termijn stabiliteit getoond, waarmee de hoge herhaalbaarheid en betrouwbaarheid van de SESAMs gedemonstreerd worden.

Conclusies

Concluderend, InAs/GaAs QDs ontworpen voor 1550-nm toepassingen zijn gegroeid door de MBE-techniek met lagen van InGaAs legering en SSL, respectievelijk, als de bekledingslagen voor QDs. Met temperatuursafhankelijke en vermogensafhankelijke PL-spectroscopiekarakterisatie, is onthuld dat de geleidingsbandoffset van CL- en QD-structuren is gewijzigd van 86 meV naar 68 meV door de In_0.33Ga_0.67As legering CL te veranderen in een (In_0.20Ga_0.80As/In_0.30Ga_0.70As)₅ SSL CL, en een efficiëntere meervoudige-fonon-geïnvloerde dragerverstrooiing is daardoor bereikt, wat leidt tot meer dragers die stralend recombineren in de QD-structuur en de resulterende aanzienlijk verbeterde emissie bij 1550 nm. De QD-SESAM gegroeid met de SSL beklede InAs/GaAs QDs vertoont een veel verbeterde verzadigingsintensiteit van 13,7 MW/cm² en een niet-lineaire modulatiediepte van 1,6%, en een pulsduratie van 920 fs is bereikt in een mode-locked vezellaser werkend bij 1556 nm geconstrueerd met de QD-SESAM. De ontwikkelde QD-SESAM met het SSL-ontwerp als de CLs voor QDs zal een nieuwe weg banen naar hoogpresterende ultrakorte lasers.