Фотонные чипы с квантовыми лазерами наконец-то создаются без перепроектирования всей системы
Эти лазеры работают непосредственно на кремнии и выдерживают высокие температуры более шести лет.
Исследователи из Калифорнийского университета заполнили пробел в лазерах полимерами и реализовали прецизионное управление лучом на-чипе
Новый метод изготовления может сделать фотонные схемы более дешевыми и практичными за счет непосредственной интеграции лазеров на квантовых точках (QD) в кремниевые чипы. Этот процесс может повлиять на то, как будут разрабатываться будущие устройства для умного дома, фитнес-трекеры и даже ноутбуки.
Исследовательская группа под руководством Розалин Кошица из Калифорнийского университета достигла этого, объединив три ключевые стратегии.
Они использовали карманную лазерную конфигурацию для прямой интеграции, следовали двухэтапному методу выращивания, включающему химическое осаждение из паровой фазы металлорганических соединений и молекулярно-лучевую эпитаксию, а также внедрили технологию заполнения зазоров полимерами-для уменьшения распространения оптического луча.
Устранение разрыва с помощью тщательного проектирования
Эта разработка решает давние проблемы, связанные с несовместимостью материалов и неэффективностью связи, которые исторически ограничивали производительность и масштабируемость интегрированных фотонных систем.
Совместные усилия минимизировали первоначальный зазор между интерфейсами и позволили лазерам надежно работать на кремниевых фотонных чипсетах.
Как отмечают исследователи, «приложения фотонных интегральных схем (PIC) требуют встроенных в-источников света с небольшой площадью устройства, чтобы обеспечить более плотную интеграцию компонентов».
Новый подход обеспечивает стабильную одномодовую генерацию-на частоте O-диапазона, которая хорошо-подходит для передачи данных в центрах обработки данных и облачных системах хранения данных.
Интегрируя лазеры напрямую с кольцевыми резонаторами из кремния или используя распределенные брэгговские отражатели из нитрида кремния, команда также решила проблемы, связанные с юстировкой и оптической обратной связью.
Одним из наиболее удивительных результатов исследования является то, насколько хорошо лазеры работают при нагревании.
«Наши интегрированные лазеры на квантовых точках продемонстрировали высокую температуру генерации до 105 градусов и срок службы 6,2 года при работе при температуре 35 градусов», — говорит г-жа Кошица.
Эти показатели производительности предполагают уровень термической стабильности, которого ранее было трудно достичь с помощью монолитно-интегрированных конструкций.
Такая термическая устойчивость открывает возможности для более надежного применения в реальных-средах, где колебания температуры могут ограничивать надежность фотонных компонентов.
Это также может снизить потребность в активном охлаждении, которое традиционно увеличивало стоимость и сложность предыдущих конструкций.
Помимо производительности, метод интеграции, по-видимому, хорошо подходит для крупномасштабного-производства.
Поскольку этот метод может быть реализован на стандартных заводах по производству полупроводников и не требует серьезных изменений в базовой архитектуре чипа, он обещает более широкое внедрение.
Исследователи утверждают, что этот метод "экономичен-эффективн" и "может работать для целого ряда конструкций фотонных интегрированных чипов без необходимости обширных или сложных модификаций".
Тем не менее, этот подход, скорее всего, подвергнется тщательной проверке с точки зрения согласованности на больших пластинах и совместимости с коммерческими фотонными системами.
Кроме того, успех в контролируемых лабораторных условиях не гарантирует плавного внедрения в условиях массового производства.
Тем не менее, сочетание компактной конструкции лазера, совместимости с традиционными процессами и интеграции функций O-диапазона делает эту разработку заметной.
Эта кремниевая-совместимая лазерная интеграция может приблизить фотонные схемы к жизнеспособности массового-рынка, от центров обработки данных до современных датчиков.
