奈米級鈣鈦礦結合單晶光纖為全光子晶片鋪路
作者 : MOST
由國立東華大學物理系暨光電系、國立海洋大學光電系以及美國洛杉磯加大(UCLA)電機系合組的跨領域研究團隊，成功結合奈米級鈣鈦礦與單晶光纖，可望打造更輕薄、節能、平價製作成本且可規模化量產塗佈製程的新一代雷射元件...
由國立東華大學物理系暨光電系、國立海洋大學光電系以及美國洛杉磯加大(UCLA)電機系合組的跨領域研究團隊，歷經兩年研究後成功找到關鍵技術，可望將太陽能材料、雷射與半導體晶片整合，成為更輕薄、節能、平價製作成本且可規模化量產塗佈製程的雷射元件。
新興的太陽能源材料——鈣鈦礦與光纖元件，分別在綠能與光學晶片扮演關鍵角色，近來隨著節能與微小化趨勢，這兩種材料的整合被視為下世代全光化積體電路(IC)之重要目標。目前全球IC的製作已邁入數奈米以下之微小製程，實現低能耗與微型化光纖雷射勢在必行。
然而，多數鈣鈦礦雷射因天生散熱性較差，僅能於低溫運作，無法相容於室溫下操作的全光化IC，且有違節能願景；再者，多數鈣鈦礦雷射仰賴昂貴脈衝雷射驅動，相較於微型光纖元件，脈衝雷射驅動代表大體積與高維護成本，在與IC的整合上困難度大增。
該跨國研究團隊在在科技部(MOST)計畫的支持下，率先提出以平價低製作成本、簡易且可量產塗佈法，將奈米級鈣鈦礦披覆於具原子級平整度之高品質單晶光纖上。在室溫下實現極低能耗太陽能材料雷射，一舉突破多年來所侷限瓶頸。
此外，搭配奈米尺度檢測，解開單晶光纖本身高導熱係數與兼具微型共振腔等特性，顛覆以往對於鈣鈦礦熱不穩定性和必要脈衝雷射光驅動之認知，並大幅縮小雷射體積至比人類頭髮直徑更細小的單晶光纖上，有效融合光纖波導的光學特性和鈣鈦礦材料的增益特性。在未來跨領域的應用上，還可透過改變鈣鈦礦材料之成份，進一步得到多波長輸出的光纖雷射，可望大幅降低製備積體光學晶片的複雜度與門檻。
研究團隊的突破性研究可望滿足下世代全光化IC更小、更節能的需求，為能源材料與半導體IC整合取得先機；研究成果並已獲刊登於今年2月的國際學術期刊《先進材料》(Advanced Materials)。
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