Fotoniske chips med kvantelasere bliver endelig bygget uden at redesigne hele systemet
Disse lasere arbejder direkte på silicium og overlever stadig høj varme i over seks år
University of California-forskere udfyldte lasergabet med polymerer og sømmede præcisionsstrålekontrol på-chippen
En ny fremstillingsmetode kunne gøre fotoniske kredsløb billigere og mere praktiske ved direkte at integrere quantum dot (QD) lasere på siliciumchips, en proces, der kan påvirke, hvordan fremtidige smarte hjemmeenheder, fitness-trackere og endda bærbare computere er konstrueret.
Forskerholdet, ledet af Rosalyn Koscica ved University of California, opnåede dette ved at kombinere tre nøglestrategier.
De brugte en lommelaserkonfiguration til direkte integration, fulgte en to--vækstmetode, der involverede metalorganisk kemisk dampaflejring og molekylær stråleepitaksi, og introducerede en polymer gap-fyldningsteknik for at reducere optisk strålespredning.
Lukning af hullet med omhyggelig teknik
Denne udvikling adresserer langvarige udfordringer, der involverer materielle inkompatibiliteter og koblingsineffektivitet, som historisk set har begrænset ydeevnen og skalerbarheden af integrerede fotoniske systemer.
Den kombinerede indsats minimerede det indledende grænsefladegab og gjorde det muligt for lasere at fungere pålideligt på fotoniske siliciumchiplets.
Som forskerne bemærker, "Photonic Integreret Circuit (PIC)-applikationer kræver on{0}}chip lyskilder med et lille enhedsfodaftryk for at tillade tættere komponentintegration."
Den nye tilgang muliggør stabil enkelt-moduslasing ved O-båndfrekvensen, som er velegnet til datakommunikation i datacentre og cloud-lagringssystemer.
Ved at integrere laserne direkte med ringresonatorer lavet af silicium eller ved at bruge distribuerede Bragg-reflektorer fra siliciumnitrid, har holdet også behandlet problemer relateret til justering og optisk feedback.
Et af de mere overraskende resultater fra forskningen er, hvor godt laserne klarer sig under varme.
"Vores integrerede QD-lasere demonstrerede en høj temperatur, der varede op til 105 grader og en levetid på 6,2 år, mens de arbejdede ved en temperatur på 35 grader," siger Ms. Koscica.
Disse præstationsmålinger antyder et niveau af termisk stabilitet, der tidligere var vanskeligt at opnå med monolitisk integrerede designs.
Denne termiske modstandsdygtighed åbner døren til mere holdbare applikationer i virkelige-miljøer, hvor temperaturudsving kan begrænse pålideligheden af fotoniske komponenter.
Det kan også reducere behovet for aktiv køling, som traditionelt har tilføjet omkostninger og kompleksitet til tidligere designs.
Ud over ydeevne ser integrationsmetoden ud til at være velegnet til stor-produktion.
Fordi teknikken kan udføres i standard halvlederstøberier og ikke kræver større ændringer af den underliggende chiparkitektur, lover den en bredere anvendelse.
Forskerne hævder, at metoden er "omkostnings-effektiv" og "kan fungere til en række fotoniske integrerede chipdesign uden behov for omfattende eller komplekse modifikationer."
Når det er sagt, vil tilgangen sandsynligvis blive undersøgt med hensyn til konsistens på tværs af store wafere og kompatibilitet med kommercielle fotoniske systemer.
Succes i kontrollerede laboratoriemiljøer garanterer heller ikke problemfri implementering i masseproduktionsmiljøer.
Alligevel gør kombinationen af et kompakt laserdesign, kompatibilitet med konventionelle processer og integration af O--båndsfunktionalitet denne udvikling bemærkelsesværdig.
Fra datacentre til avancerede sensorer kan denne silicium-kompatible laserintegration bringe fotoniske kredsløb tættere på massemarkedet-.
