Фотонні чіпи з квантовими лазерами нарешті будуються без перепроектування всієї системи
Ці лазери працюють безпосередньо на кремнії та витримують високу температуру понад шість років
Дослідники Каліфорнійського університету заповнили проміжок лазера полімерами та встановили точне керування променем на-чіпі
Новий метод виготовлення може зробити фотонні схеми дешевшими та практичнішими за рахунок прямої інтеграції лазерів на квантових точках (QD) у кремнієві чіпи, процес, який може вплинути на розробку майбутніх розумних домашніх пристроїв, фітнес-трекерів і навіть ноутбуків.
Дослідницька група на чолі з Розалін Кошіца з Каліфорнійського університету досягла цього шляхом поєднання трьох ключових стратегій.
Вони використали конфігурацію кишенькового лазера для прямої інтеграції, дотримувалися дво{0}}етапного методу вирощування, що включає металоорганічне хімічне осадження з парової фази та молекулярно-променеву епітаксію, а також запровадили техніку-заповнення полімерним проміжком, щоб зменшити поширення оптичного променя.
Усунення розриву за допомогою ретельного проектування
Ця розробка вирішує давні проблеми, пов’язані з несумісністю матеріалів і неефективністю з’єднання, які історично обмежували продуктивність і масштабованість інтегрованих фотонних систем.
Об’єднані зусилля мінімізували початковий розрив інтерфейсу та зробили можливим надійне функціонування лазерів на кремнієвих фотонних мікросхемах.
Як зазначають дослідники, «програми фотонних інтегральних схем (PIC) потребують -джерел світла на чіпі з невеликою площею пристрою, щоб забезпечити більш щільну інтеграцію компонентів».
Новий підхід забезпечує стабільну одномодову-генерацію на частоті O-діапазону, що добре-підходить для передачі даних у центрах обробки даних і хмарних системах зберігання.
Інтегруючи лазери безпосередньо з кільцевими резонаторами з кремнію або використовуючи розподілені рефлектори Брегга з нітриду кремнію, команда також вирішила проблеми, пов’язані з вирівнюванням і оптичним зворотним зв’язком.
Одним із найдивовижніших висновків дослідження є те, наскільки добре лазери працюють під дією тепла.
«Наші інтегровані QD-лазери продемонстрували високотемпературну генерацію до 105 градусів і термін служби 6,2 року при роботі за температури 35 градусів», — каже пані Косціца.
Ці показники продуктивності свідчать про рівень термічної стабільності, якого раніше було важко досягти за допомогою монолітно інтегрованих конструкцій.
Ця термостійкість відкриває двері для довговічніших застосувань у-реальних середовищах, де температурні коливання можуть обмежити надійність фотонних компонентів.
Це також може зменшити потребу в активному охолодженні, яке традиційно додавало вартості та складності попереднім конструкціям.
Крім продуктивності, метод інтеграції добре підходить для-великого виробництва.
Оскільки цю техніку можна застосовувати в стандартних ливарних цехах для виробництва напівпровідників і не вимагає серйозних змін в базовій архітектурі мікросхеми, вона має перспективи для більш широкого впровадження.
Дослідники стверджують, що метод є «рентабельним-ефективним» і «може працювати для ряду фотонних інтегрованих чіпів без потреби в значних чи складних модифікаціях».
Тим не менш, цей підхід, ймовірно, піддасться ретельному розгляду щодо узгодженості великих пластин і сумісності з комерційними фотонними системами.
Крім того, успіх у контрольованих лабораторних середовищах не гарантує безперебійного розгортання в умовах масового виробництва.
Тим не менш, поєднання компактної лазерної конструкції, сумісності зі звичайними процесами та інтеграції функціональних можливостей діапазону O- робить цю розробку помітною.
Від центрів обробки даних до передових датчиків, ця кремнієво-сумісна лазерна інтеграція може наблизити фотонні схеми до-життєздатності масового ринку.
