Cip fotonik dengan laser kuantum akhirnya dibina tanpa mereka bentuk semula keseluruhan sistem
Laser ini berfungsi secara langsung pada silikon dan masih bertahan dalam haba yang tinggi selama lebih enam tahun
Penyelidik Universiti California mengisi jurang laser dengan polimer dan kawalan rasuk ketepatan terpaku pada-cip
Kaedah fabrikasi baharu boleh menjadikan litar fotonik lebih murah dan lebih praktikal dengan menyepadukan terus laser titik kuantum (QD) pada cip silikon, satu proses yang boleh mempengaruhi cara peranti rumah pintar masa depan, penjejak kecergasan dan juga komputer riba direka bentuk.
Pasukan penyelidik, yang diketuai oleh Rosalyn Koscica di University of California, mencapai ini dengan menggabungkan tiga strategi utama.
Mereka menggunakan konfigurasi laser poket untuk penyepaduan langsung, mengikuti kaedah pertumbuhan dua-langkah yang melibatkan pemendapan wap kimia metalorganik dan epitaksi rasuk molekul, dan memperkenalkan teknik pengisian celah polimer-untuk mengurangkan penyebaran sinar optik.
Menutup jurang dengan kejuruteraan yang teliti
Perkembangan ini menangani cabaran lama yang melibatkan ketidakserasian material dan ketidakcekapan gandingan yang secara sejarah mengehadkan prestasi dan kebolehskalaan sistem fotonik bersepadu.
Usaha gabungan meminimumkan jurang antara muka awal dan membolehkan laser berfungsi dengan pasti pada serpihan fotonik silikon.
Seperti yang dinyatakan oleh penyelidik, "Aplikasi litar bersepadu fotonik (PIC) memerlukan-sumber cahaya cip dengan jejak peranti kecil untuk membenarkan penyepaduan komponen yang lebih padat."
Pendekatan baharu mendayakan pengelasan mod-tunggal yang stabil pada frekuensi jalur O-, yang sangat-sesuai untuk komunikasi data dalam pusat data dan sistem storan awan.
Dengan menyepadukan laser secara terus dengan resonator cincin yang diperbuat daripada silikon atau menggunakan pemantul Bragg yang diedarkan daripada silikon nitrida, pasukan itu juga telah menangani isu yang berkaitan dengan penjajaran dan maklum balas optik.
Salah satu penemuan yang lebih mengejutkan daripada penyelidikan adalah sejauh mana prestasi laser di bawah haba.
"Laser QD bersepadu kami menunjukkan pengekalan suhu tinggi sehingga 105 darjah dan jangka hayat 6.2 tahun semasa beroperasi pada suhu 35 darjah," kata Cik Koscica.
Metrik prestasi ini mencadangkan tahap kestabilan terma yang sebelum ini sukar dicapai dengan reka bentuk bersepadu secara monolitik.
Ketahanan haba ini membuka pintu kepada aplikasi yang lebih tahan lama dalam-persekitaran dunia sebenar, di mana turun naik suhu boleh mengehadkan kebolehpercayaan komponen fotonik.
Ia juga mungkin mengurangkan keperluan untuk penyejukan aktif, yang secara tradisinya telah menambahkan kos dan kerumitan pada reka bentuk masa lalu.
Di luar prestasi, kaedah penyepaduan kelihatan sangat sesuai untuk-pembuatan skala besar.
Oleh kerana teknik ini boleh dilaksanakan dalam faundri semikonduktor standard dan tidak memerlukan perubahan besar pada seni bina cip asas, ia menjanjikan penerimaan yang lebih luas.
Penyelidik berpendapat bahawa kaedah ini adalah "kos-efektif" dan "boleh berfungsi untuk pelbagai reka bentuk cip bersepadu fotonik tanpa memerlukan pengubahsuaian yang meluas atau kompleks."
Walau bagaimanapun, pendekatan itu mungkin akan menghadapi penelitian mengenai konsistensi merentas wafer besar dan keserasian dengan sistem fotonik komersial.
Selain itu, kejayaan dalam persekitaran makmal terkawal tidak menjamin penggunaan yang lancar dalam tetapan pembuatan besar-besaran.
Namun, gabungan reka bentuk laser padat, keserasian dengan proses konvensional dan penyepaduan kefungsian jalur O-menjadikan perkembangan ini ketara.
Daripada pusat data kepada penderia lanjutan, penyepaduan laser -silikon yang serasi ini boleh membawa litar fotonik lebih dekat kepada daya maju pasaran-jisim.
