Fotonski čipovi s kvantnim laserima napokon se izgrađuju bez redizajniranja cijelog sustava
Ovi laseri rade izravno na siliciju i još uvijek preživljavaju visoke temperature više od šest godina
Istraživači sa Sveučilišta u Kaliforniji popunili su lasersku prazninu polimerima i u -čip ugradili preciznu kontrolu snopa
Nova metoda izrade mogla bi fotonske krugove učiniti jeftinijima i praktičnijima izravnim integriranjem lasera s kvantnom točkom (QD) na silicijske čipove, što je proces koji bi mogao utjecati na način na koji će se konstruirati budući pametni kućni uređaji, uređaji za praćenje fitnessa, pa čak i prijenosna računala.
Istraživački tim, predvođen Rosalyn Koscica sa Sveučilišta u Kaliforniji, postigao je to kombinirajući tri ključne strategije.
Koristili su konfiguraciju džepnog lasera za izravnu integraciju, slijedili -metodu rasta u dva koraka koja uključuje taloženje metalorganske kemijske pare i epitaksiju molekularnim snopom te uveli tehniku ispunjavanja-razmaka polimera kako bi smanjili širenje optičkog snopa.
Zatvaranje jaza uz pažljivu izradu
Ovaj razvoj rješava dugotrajne izazove koji uključuju nekompatibilnost materijala i neučinkovitost spajanja koji su povijesno ograničavali izvedbu i skalabilnost integriranih fotonskih sustava.
Zajednički napori minimalizirali su početni jaz u sučelju i omogućili pouzdano funkcioniranje lasera na silicijskim fotonskim čipovima.
Kao što istraživači primjećuju, "prijave fotonskih integriranih krugova (PIC) zahtijevaju izvore svjetlosti na-čipu s malom površinom uređaja kako bi se omogućila gušća integracija komponenti."
Novi pristup omogućuje stabilno jedno-modno lasersko svjetlo na frekvenciji O-pojasa, što je dobro-prikladno za podatkovne komunikacije u podatkovnim centrima i sustavima za pohranu u oblaku.
Izravnom integracijom lasera s prstenastim rezonatorima izrađenim od silicija ili upotrebom raspodijeljenih Braggovih reflektora od silicijevog nitrida, tim se također pozabavio problemima u vezi s poravnanjem i optičkom povratnom spregom.
Jedno od iznenađujućih otkrića istraživanja je koliko dobro laseri rade pod toplinom.
"Naši integrirani QD laseri pokazali su trajanje visoke temperature do 105 stupnjeva i životni vijek od 6,2 godine dok su radili na temperaturi od 35 stupnjeva," kaže gospođa Koscica.
Ove metrike performansi sugeriraju razinu toplinske stabilnosti koju je prije bilo teško postići s monolitnim integriranim dizajnom.
Ova toplinska otpornost otvara vrata trajnijim primjenama u-stvarnim okruženjima, gdje temperaturne fluktuacije mogu ograničiti pouzdanost fotonskih komponenti.
Također može smanjiti potrebu za aktivnim hlađenjem, koje je tradicionalno dodavalo troškove i složenost prošlim dizajnima.
Osim performansi, čini se da je metoda integracije prikladna za-veliku proizvodnju.
Budući da se tehnika može izvesti u standardnim ljevaonicama poluvodiča i ne zahtijeva velike promjene u temeljnoj arhitekturi čipa, obećava širu primjenu.
Istraživači tvrde da je metoda "-isplativa" i "može funkcionirati za niz fotonskih integriranih dizajna čipova bez potrebe za opsežnim ili složenim modifikacijama."
Ipak, pristup će se vjerojatno suočiti s pomnim ispitivanjem u pogledu dosljednosti u velikim pločicama i kompatibilnosti s komercijalnim fotonskim sustavima.
Također, uspjeh u kontroliranim laboratorijskim okruženjima ne jamči besprijekornu implementaciju u postavkama masovne proizvodnje.
Ipak, kombinacija kompaktnog laserskog dizajna, kompatibilnosti s konvencionalnim procesima i integracije O-band funkcionalnosti čini ovaj razvoj značajnim.
Od podatkovnih centara do naprednih senzora, ova silicij-kompatibilna laserska integracija mogla bi fotonske krugove približiti održivosti-na masovnom tržištu.
