Фотонни чипове с квантови лазери най-накрая се изграждат без препроектиране на цялата система
Тези лазери работят директно върху силиций и все още оцеляват при висока температура повече от шест години
Изследователи от Калифорнийския университет запълниха лазерната празнина с полимери и заковаха прецизен контрол на лъча върху-чип
Нов метод на производство може да направи фотонните вериги по-евтини и по-практични чрез директно интегриране на лазери с квантови точки (QD) върху силициеви чипове, процес, който може да повлияе на начина, по който се проектират бъдещите умни домашни устройства, фитнес тракери и дори лаптопи.
Изследователският екип, ръководен от Розалин Косчица от Калифорнийския университет, постигна това чрез комбиниране на три ключови стратегии.
Те използваха джобна лазерна конфигурация за директно интегриране, последваха дву-етапен метод на растеж, включващ металоорганично химическо отлагане на пари и епитаксия с молекулен лъч, и въведоха техника за запълване-на полимерна празнина, за да намалят разпространението на оптичния лъч.
Премахване на празнината с внимателно инженерство
Тази разработка е насочена към дългогодишни предизвикателства, включващи несъвместимост на материалите и неефективност на свързването, които исторически са ограничавали производителността и мащабируемостта на интегрирани фотонни системи.
Комбинираните усилия минимизираха първоначалната празнина в интерфейса и направиха възможно лазерите да функционират надеждно върху силициеви фотонни чипове.
Както отбелязват изследователите, „приложенията с фотонни интегрални схеми (PIC) изискват източници на светлина върху-чип с малък отпечатък на устройството, за да позволят по-плътна интеграция на компоненти.“
Новият подход дава възможност за стабилно излъчване в един{0}}режим на честотата на O-обхвата, което е много-подходящо за комуникации на данни в центрове за данни и системи за съхранение в облак.
Чрез интегриране на лазерите директно с пръстеновидни резонатори, изработени от силиций, или използване на разпределени рефлектори на Bragg от силициев нитрид, екипът също се е занимавал с проблеми, свързани с подравняването и оптичната обратна връзка.
Едно от по-изненадващите открития от изследването е колко добре работят лазерите при топлина.
„Нашите интегрирани QD лазери демонстрираха високотемпературно излъчване до 105 градуса и продължителност на живота от 6,2 години, докато работят при температура от 35 градуса“, казва г-жа Кощица.
Тези показатели за ефективност предполагат ниво на термична стабилност, което преди беше трудно да се постигне с монолитно интегрирани дизайни.
Тази термична устойчивост отваря вратата към по-трайни приложения в реални-среди, където температурните колебания могат да ограничат надеждността на фотонните компоненти.
Може също така да намали необходимостта от активно охлаждане, което традиционно добавя разходи и сложност към предишните проекти.
Освен производителността, методът на интегриране изглежда много подходящ за широкомащабно-производство.
Тъй като техниката може да бъде изпълнена в стандартни леярни за полупроводници и не изисква големи промени в основната архитектура на чипа, тя е обещаваща за по-широко приемане.
Изследователите твърдят, че методът е „це-ефективен“ и „може да работи за набор от дизайни на фотонни интегрирани чипове, без да са необходими големи или сложни модификации“.
Като се има предвид това, подходът вероятно ще бъде подложен на проверка по отношение на последователността в големите вафли и съвместимостта с търговски фотонни системи.
Също така, успехът в контролирани лабораторни среди не гарантира безпроблемно внедряване в настройките за масово производство.
Все пак комбинацията от компактен лазерен дизайн, съвместимост с конвенционални процеси и интегриране на функционалността на O{0}}band прави това развитие забележително.
От центрове за данни до усъвършенствани сензори, тази съвместима-лазерна интеграция може да доближи фотонните вериги до жизнеспособността-на масовия пазар.
