Integrerad kisel fotonik innehåller mikroelektronik och optoelektronik, en kombination som förväntas revolutionera en mängd olika områden som kommunikation, avkänning, belysning, visar, bildbehandling och detektion. Kisellasare är nyckeln för att uppnå integrerad kiselfotonik. Dock, de optiska vinsterna för kisel är lägre än för III-V-sammansatta halvledare med en storleksordning eller två, på grund av dess indirekta bandgap -funktion. Även om tillverkning av mogna III-V-sammansatta lasrar på kiselsubstrat har föreslagits för att kringgå detta problem, utvecklingen av helkisellaser önskas för integrerad kiselfotonik på grund av bättre kompatibilitet med moderna kiseltekniker.

Nyligen, ett gemensamt forskargrupp under ledning av professor X. Wu, Prof. M. Lu och docent S.-Y. Zhang från Fudan University utvecklade världens första helkisellaser med hjälp av kisel-nanokristaller med höga optiska förstärkningar. Först, de förbättrade kiselemissionsintensiteten kraftigt genom att utveckla en filmtillväxtteknik för nanokristaller med hög densitet kisel ( Physica E , 89, 57-60 (2017)). Sedan utvecklade de en högtrycks lågtemperaturpassiveringsmetod, vilket bidrog till en full mättnad av dinglande bindningar, vilket ledde till ökade optiska vinster som var jämförbara med de som uppnåddes med galliumarsenid (GaA) och indiumfosfid (InP). Utifrån detta, de designade och tillverkade resonanshålrum med distribuerad feedback (DFB) och lyckades uppnå optiskt pumpade DFB-lasrar med hel kisel. Den optiskt pumpade helkisellasern banar också vägen mot förverkligandet av elektriskt pumpad helkisellaser.

Den optiska förstärkningen av kisel -nanokristaller förbättrades ständigt när passiveringen fortsatte och så småningom nådde det värde som var jämförbart med värdena för GaAs och InP. Lasegenskaper - tröskeleffekten, polariseringsberoende, den signifikanta spektrala förträngningen och den lilla spridningen av divergensvinkeln för stimulerat utsläpp - uppfylldes, som föreslår realisering av en optiskt pumpad helkisellaser. Lasrarna visade också pålitlig repeterbarhet. Lasertopparna för de fyra ytterligare proverna gjorda under liknande tillverkningsförhållanden låg inom spektralområdet 760 nm till 770 nm. Variationen i lasertoppen berodde på en liten skillnad i effektiva brytningsindex. Fullbredd-på-halv-max (FWHM) för emissionstoppen minskades från ~ 120 nm till 7 nm när lasern pumpades över tröskeln.