用于照亮世界光通信网络的激光器通常由掺铒光纤或 III-V 族半导体制成，因为它们可以发射可通过光纤传输的红外波长。然而，与此同时，此类材料与传统的硅电子器件集成并不那么容易。

在一项新的研究中，西班牙的科学家们表示，作为 CMOS 制造过程的一部分，有可能制造出可以沿光纤涂覆或直接沉积在硅上的红外激光器。他们已经表明，集成在专门设计的光学腔内的胶体量子点可以在室温下通过光通信窗口产生激光。

西班牙的研究人员展示了由胶体量子点制成的激光器如何产生跨越电信中使用的红外波长的光

量子点的红外问题

量子点是包含电子的纳米尺寸的半导体片，其存在于与真实原子中的能级相似的明确定义的能级中。它们通常是通过加热含有量子点晶体化学前体的胶体来制造的，并且具有可以通过改变它们的大小和形状来定制的光电特性。迄今为止，它们已被纳入范围广泛的设备中，包括光伏电池、发光二极管和光子探测器。

由于硒化镉（最常用的量子点材料之一）在这些波长下的高增益，胶体量子点也被用于制造可见光激光器。然而，鉴于最适合该任务的材料——硫化铅——的增益有限，证明红外激光发射更加棘手。

2006 年，加拿大多伦多大学的一个小组展示了使用硫化铅胶体量子点的红外激光，但必须在低温下进行，以避免热激发电子和空穴的俄歇复合。去年，中国南京的研究人员报告了用硒化银制成的点发出红外激光，但他们的谐振器相当不切实际且难以调谐。

将量子点与光栅结合

在最新的工作中，西班牙巴塞罗那科学技术研究所的 Gerasimos Konstantatos 及其同事依靠所谓的分布式反馈腔在室温下实现红外激光发射。这采用光栅来限制非常窄的波长带，从而产生单一的激光模式。

为了制作他们的光栅，研究人员使用电子束光刻在蓝宝石衬底上蚀刻图案。他们选择蓝宝石是因为它的高导热性可以带走光泵浦产生的大部分热量——否则这些热量会促进复合并破坏激光器输出的稳定性。

Konstantatos 及其同事随后将硫化铅量子点胶体沉积到九个不同的光栅上，光栅的间距从 850 纳米到 920 纳米不等。他们还采用了三种不同尺寸的量子点，直径分别为 5.4 nm、5.7 nm 和 6.0 nm。

在室温测试中，该团队表明它可以产生跨越电信 C 波段、L 波段和 U 波段的激光——从 1553 nm 到 1649 nm——实现半高全宽低至 0.9 meV。他们还发现，由于对硫化铅进行n掺杂，他们可以将泵浦强度降低约 40% 。根据 Konstantatos 的说法，这种减少为更实用、更低功率的泵浦激光器甚至电泵浦铺平了道路。

为通信提供更好的激光源

至于潜在的应用，Konstantatos 说量子点方案可能会导致新的 CMOS 集成激光源，实现廉价、高效和快速的集成电路内部或之间的通信。他补充说，鉴于红外激光被认为对人类视觉无害，它还可能会改进激光雷达。

然而，在激光器投入使用之前，研究人员必须首先优化他们的材料，以证明使用连续波或更长脉冲泵浦源产生激光。“原因是避免使用昂贵且笨重的亚皮秒激光器，”Konstantatos 说。“纳秒脉冲或连续波将使我们能够使用二极管激光器，使其成为更实用的环境。”