Фотонски чипови са квантним ласерима се коначно граде без редизајнирања целог система
Ови ласери раде директно на силицијуму и још увек преживе високу топлоту више од шест година
Истраживачи са Универзитета у Калифорнији попунили су ласерску празнину полимерима и закуцали прецизну контролу зрака на-чип
Нова метода израде могла би учинити фотонска кола јефтинијима и практичнијим директном интеграцијом ласера квантних тачака (КД) на силицијумске чипове, процес који би могао да утиче на то како су пројектовани будући паметни кућни уређаји, фитнес трацкери, па чак и лаптопови.
Истраживачки тим, предвођен Розалин Кошчицом са Универзитета у Калифорнији, постигао је ово комбиновањем три кључне стратегије.
Користили су џепну ласерску конфигурацију за директну интеграцију, пратили методу раста у два-степена која укључује металорганско хемијско таложење паре и епитаксију молекуларним снопом, и увели технику пуњења полимерних празнина-да би се смањило ширење оптичког зрака.
Затварање јаза пажљивим инжењерингом
Овај развој се бави дугогодишњим изазовима који укључују некомпатибилност материјала и неефикасност спајања који су историјски ограничавали перформансе и скалабилност интегрисаних фотонских система.
Комбиновани напори су минимизирали почетни јаз у интерфејсу и омогућили да ласери поуздано функционишу на силицијумским фотонским чиплетима.
Као што истраживачи примећују, „апликације фотонског интегрисаног кола (ПИЦ) захтевају -изворе светлости на чипу са малим отиском уређаја како би се омогућила гушћа интеграција компоненти.“
Нови приступ омогућава стабилно једно-ласинг на О-фреквенцији опсега, што је добро-погодно за комуникацију података у центрима података и системима за складиштење у облаку.
Интеграцијом ласера директно са прстенастим резонаторима направљеним од силикона или коришћењем дистрибуираних Браггових рефлектора од силицијум нитрида, тим се такође бавио питањима у вези са поравнањем и оптичким повратним информацијама.
Један од изненађујућих налаза истраживања је колико добро ласери раде под топлотом.
„Наши интегрисани КД ласери су показали високотемпературно ласерско зрачење до 105 степени и животни век од 6,2 године док су радили на температури од 35 степени“, каже госпођа Кошчица.
Ове метрике перформанси указују на ниво термичке стабилности који је раније било тешко постићи са монолитно интегрисаним дизајном.
Ова топлотна отпорност отвара врата трајнијим апликацијама у стварном-светском окружењу, где флуктуације температуре могу да ограниче поузданост фотонских компоненти.
Такође може смањити потребу за активним хлађењем, што је традиционално додавало цену и сложеност претходним дизајнима.
Поред перформанси, чини се да је метода интеграције добро прилагођена-производњи великих размера.
Пошто се техника може извести у стандардним ливницама полупроводника и не захтева велике промене у основној архитектури чипа, обећава шире усвајање.
Истраживачи тврде да је метода „исплатива-ефикасна“ и „може да ради за низ дизајна фотонских интегрисаних чипова без потребе за опсежним или сложеним модификацијама“.
Међутим, приступ ће се вероватно суочити са испитивањем у погледу конзистентности великих плоча и компатибилности са комерцијалним фотонским системима.
Такође, успех у контролисаним лабораторијским окружењима не гарантује беспрекорну примену у поставкама масовне производње.
Ипак, комбинација компактног ласерског дизајна, компатибилности са конвенционалним процесима и интеграције функционалности О-опсега чини овај развој значајним.
Од центара података до напредних сензора, ова ласерска интеграција{0}}компатибилна са силицијумом могла би да приближи фотонска кола опстојности-на масовном тржишту.
