Kvanttilasereilla varustettuja fotonisia siruja rakennetaan vihdoin ilman koko järjestelmän uudelleensuunnittelua
Nämä laserit toimivat suoraan piillä ja kestävät silti korkeaa lämpöä yli kuusi vuotta
Kalifornian yliopiston tutkijat täyttivät laserraon polymeereillä ja naulatulla tarkkuussäteen ohjauksella-sirulle
Uusi valmistusmenetelmä voisi tehdä fotonipiireistä halvempia ja käytännöllisempiä integroimalla kvanttipistelaserit (QD) suoraan piisiruihin, mikä voi vaikuttaa tulevaisuuden älykkään kodin laitteiden, kuntoseurantalaitteiden ja jopa kannettavien tietokoneiden suunnitteluun.
Kalifornian yliopiston Rosalyn Koscican johtama tutkimusryhmä saavutti tämän yhdistämällä kolme keskeistä strategiaa.
He käyttivät taskulaserkonfiguraatiota suoraa integrointia varten, seurasivat kaksi{0}}vaiheista kasvumenetelmää, johon sisältyi metalliorgaaninen kemiallinen höyrypinnoitus ja molekyylisädeepitaksia, ja otettiin käyttöön polymeeriraon-täyttötekniikka vähentääkseen optisen säteen leviämistä.
Kuilun kurominen huolellisella suunnittelulla
Tämä kehitys käsittelee pitkäaikaisia haasteita, jotka liittyvät materiaalien yhteensopimattomuuteen ja kytkennän tehottomuuteen, jotka ovat historiallisesti rajoittaneet integroitujen fotonijärjestelmien suorituskykyä ja skaalautuvuutta.
Yhdistetyt ponnistelut minimoivat alkuperäisen rajapinta-aukon ja mahdollistivat laserien luotettavan toiminnan piin fotonisilla siruilla.
Kuten tutkijat huomauttavat, "Photonic Integrated Circuit (PIC) -sovellukset vaativat siruvalonlähteitä, joiden laitejalanjälki on pieni, jotta komponenttien integrointi on tiheämpää."
Uusi lähestymistapa mahdollistaa vakaan yksi-moodilaseroinnin O-kaistataajuudella, mikä soveltuu hyvin-tietoliikenteeseen palvelinkeskuksissa ja pilvitallennusjärjestelmissä.
Integroimalla laserit suoraan piistä valmistettuihin rengasresonaattoreihin tai käyttämällä hajautettuja piinitridistä valmistettuja Bragg-heijastimia, tiimi on myös käsitellyt kohdistukseen ja optiseen palautteeseen liittyviä kysymyksiä.
Yksi tutkimuksen yllättävistä löydöistä on, kuinka hyvin laserit toimivat lämmössä.
"Integroidut QD-laseremme osoittivat korkean lämpötilan 105 asteeseen asti ja 6,2 vuoden käyttöiän, kun ne toimivat 35 asteen lämpötilassa", sanoo Koscica.
Nämä suorituskykymittarit viittaavat sellaiseen lämpöstabiilisuuden tasoon, jota oli aiemmin vaikea saavuttaa monoliittisesti integroiduilla malleilla.
Tämä lämmönkestävyys avaa oven kestävämpiin sovelluksiin todellisissa{0}}ympäristöissä, joissa lämpötilan vaihtelut voivat rajoittaa fotonikomponenttien luotettavuutta.
Se voi myös vähentää aktiivisen jäähdytyksen tarvetta, mikä on perinteisesti lisännyt kustannuksia ja monimutkaisuutta aikaisempiin malleihin.
Suorituskyvyn lisäksi integrointimenetelmä näyttää soveltuvan hyvin laajamittaiseen-tuotantoon.
Koska tekniikkaa voidaan toteuttaa tavallisissa puolijohdevalimoissa eikä se vaadi suuria muutoksia taustalla olevaan siruarkkitehtuuriin, se lupaa laajempaa käyttöönottoa.
Tutkijat väittävät, että menetelmä on "kustannustehokas" ja "voi toimia useissa fotonisissa integroiduissa siruissa ilman laajoja tai monimutkaisia muutoksia."
Lähestymistapa joutuu kuitenkin todennäköisesti tarkastelemaan suurten kiekkojen yhdenmukaisuutta ja yhteensopivuutta kaupallisten fotonijärjestelmien kanssa.
Menestys kontrolloiduissa laboratorioympäristöissä ei myöskään takaa saumatonta käyttöönottoa massatuotantoympäristöissä.
Tästä huolimatta kompaktin laserrakenteen, tavanomaisten prosessien kanssa yhteensopivuuden ja O-kaistatoimintojen integroinnin yhdistelmä tekee tästä kehityksestä huomattavan.
Tämä pii{0}}yhteensopiva laserintegraatio voisi tuoda fotonipiirit lähemmäs massamarkkinoiden elinkelpoisuutta palvelinkeskuksista kehittyneisiin sensoreihin.
