Cipurile fotonice cu lasere cuantice sunt în sfârșit construite fără a reproiecta întregul sistem
Aceste lasere lucrează direct pe siliciu și încă supraviețuiesc la căldură ridicată timp de peste șase ani
Cercetătorii de la Universitatea din California au umplut golul laser cu polimeri și au asigurat controlul de precizie al fasciculului pe-cip
O nouă metodă de fabricație ar putea face circuitele fotonice mai ieftine și mai practice prin integrarea directă a laserelor cu puncte cuantice (QD) pe cipuri de siliciu, un proces care ar putea influența modul în care sunt proiectate viitoarele dispozitive inteligente de acasă, trackere de fitness și chiar laptopuri.
Echipa de cercetare, condusă de Rosalyn Koscica de la Universitatea din California, a reușit acest lucru combinând trei strategii cheie.
Ei au folosit o configurație laser de buzunar pentru integrarea directă, au urmat o metodă de creștere în doi-pași care implică depunerea de vapori chimici metalorganici și epitaxia fasciculului molecular și au introdus o tehnică de umplere a golurilor-de polimeri pentru a reduce răspândirea fasciculului optic.
Reducerea decalajului cu o inginerie atentă
Această dezvoltare abordează provocările de lungă durată care implică incompatibilități materiale și ineficiențe de cuplare care au limitat istoric performanța și scalabilitatea sistemelor fotonice integrate.
Eforturile combinate au minimizat decalajul inițial al interfeței și au făcut posibil ca laserele să funcționeze în mod fiabil pe chipleturi fotonice de siliciu.
După cum notează cercetătorii, „Aplicațiile de circuit integrat fotonic (PIC) necesită surse de lumină pe-cip cu o amprentă mică a dispozitivului pentru a permite integrarea mai densă a componentelor”.
Noua abordare permite o-singura laser stabilă la frecvența de-banda O, care este bine-potrivită pentru comunicațiile de date în centre de date și sisteme de stocare în cloud.
Prin integrarea laserelor direct cu rezonatoare inelare din siliciu sau folosind reflectoare Bragg distribuite din nitrură de siliciu, echipa a abordat, de asemenea, probleme legate de aliniere și feedback optic.
Una dintre cele mai surprinzătoare descoperiri ale cercetării este cât de bine funcționează laserele la căldură.
„Laserele noastre QD integrate au demonstrat o temperatură ridicată de până la 105 de grade și o durată de viață de 6,2 ani în timp ce funcționează la o temperatură de 35 de grade”, spune doamna Koscica.
Aceste metrici de performanță sugerează un nivel de stabilitate termică anterior dificil de atins cu proiecte integrate monolit.
Această rezistență termică deschide ușa către aplicații mai durabile în medii reale-, unde fluctuațiile de temperatură pot limita fiabilitatea componentelor fotonice.
De asemenea, poate reduce nevoia de răcire activă, care a adăugat în mod tradițional costuri și complexitate designurilor anterioare.
Dincolo de performanță, metoda de integrare pare bine potrivită pentru producția la scară mare-.
Deoarece tehnica poate fi executată în turnătorii de semiconductori standard și nu necesită modificări majore la arhitectura cipului de bază, este promițătoare pentru o adoptare mai largă.
Cercetătorii susțin că metoda este „cost-eficientă” și „poate funcționa pentru o gamă largă de modele de cipuri fotonice integrate fără a necesita modificări extinse sau complexe”.
Acestea fiind spuse, abordarea va fi probabil analizată în ceea ce privește consistența pe placile mari și compatibilitatea cu sistemele fotonice comerciale.
De asemenea, succesul în mediile de laborator controlate nu garantează o implementare fără întreruperi în setările de producție în masă.
Cu toate acestea, combinația dintre un design laser compact, compatibilitatea cu procesele convenționale și integrarea funcționalității în bandă O{0}}fa ca această dezvoltare să fie notabilă.
De la centre de date la senzori avansați, această integrare cu laser-compatibilă cu siliciu ar putea aduce circuitele fotonice mai aproape de viabilitatea pieței-de masă.
