面向空间通信的 InAs/GaAs 量子点激光器抗辐射加固研究
应用物理
2024-12-30 v3 介观与纳米尺度物理
摘要
半导体激光器在空间激光通信中具有巨大潜力。然而，空间中过量的辐射可能导致激光器失效。原则上，量子点 (QD) 激光器因其优越的载流子限制和更小的有源区，比传统半导体激光器更耐辐射。然而，辐射对量子点影响的多面性导致了持续的争议。在模拟空间条件下的全面测试对于验证其性能也必不可少。本工作中，我们对多种 In(Ga)As/GaAs 量子点和量子阱 (QW) 材料及器件进行了辐射测试。我们的结果表明，填充因子大于 50% 的 InAs/GaAs 量子点比低于 50% 的量子点表现出更强的辐射硬度。此外，在 1E11 和 1E12 cm-2 的低质子注量下，大多数 InAs/GaAs 量子点显示出优于 InGaAs/GaAs 量子阱的耐辐射性，这源于辐射诱导缺陷。精心设计的量子点激光器的线宽增强因子 (LEF) 即使在最高注量 7E13 cm-2 的质子辐照下，仍保持非常稳定且接近零，这归因于其对辐照诱导缺陷的固有低敏感性。这些量子点激光器展示了卓越的平均相对强度噪声 (RIN) 水平，达到 -162 dB/Hz，在最高注量下 RIN 仅增加 1 dB/Hz，表明其出色的稳定性。此外，这些激光器对光反馈表现出显著的鲁棒性，即使在高达 -3.1 dB 的反馈强度下也能维持稳定性能。这些结果突显了量子点激光器在空间激光通信应用中的巨大潜力，该应用对高可靠性和抗辐射及环境扰动的能力有严格要求。
引用
@article{arxiv.2407.20807,
title = {Enhanced Radiation Hardness of InAs/GaAs Quantum Dot Lasers for Space Communication},
author = {Manyang Li and Jianan Duan and Zhiyong Jin and Shujie Pan and Wenkang Zhan and Jinpeng Chen and Jinling Yu and Xiaotian Cheng and Zhibo Ni and Chaoyuan Jin and Tien Khee Ng and Jinxia Kong and Xiaochuan Xu and Yong Yao and Bo Xu and Siming Chen and Zhanguo Wang and Chao Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.20807},
year = {2024}
}
备注
5 figures