Chip fotonik dengan laser kuantum akhirnya dibuat tanpa mendesain ulang keseluruhan sistem
Laser ini bekerja langsung pada silikon dan masih bertahan pada suhu tinggi selama lebih dari enam tahun
Peneliti Universitas California mengisi celah laser dengan polimer dan menerapkan kontrol sinar presisi pada-chip
Metode fabrikasi baru dapat membuat sirkuit fotonik lebih murah dan praktis dengan secara langsung mengintegrasikan laser quantum dot (QD) ke dalam chip silikon, sebuah proses yang dapat memengaruhi cara rekayasa perangkat rumah pintar, pelacak kebugaran, dan bahkan laptop di masa depan.
Tim peneliti, yang dipimpin oleh Rosalyn Koscica di Universitas California, mencapai hal ini dengan menggabungkan tiga strategi utama.
Mereka menggunakan konfigurasi laser saku untuk integrasi langsung, mengikuti metode pertumbuhan dua-langkah yang melibatkan pengendapan uap kimia metalorganik dan epitaksi berkas molekul, dan memperkenalkan teknik pengisian celah polimer-untuk mengurangi penyebaran berkas optik.
Menutup kesenjangan dengan rekayasa yang cermat
Perkembangan ini mengatasi tantangan lama yang melibatkan ketidakcocokan material dan inefisiensi penggabungan yang secara historis membatasi kinerja dan skalabilitas sistem fotonik terintegrasi.
Upaya gabungan ini meminimalkan kesenjangan antarmuka awal dan memungkinkan laser berfungsi dengan andal pada chiplet fotonik silikon.
Seperti yang dicatat oleh para peneliti, "Aplikasi sirkuit terpadu fotonik (PIC) memerlukan-sumber cahaya dalam chip dengan ukuran perangkat yang kecil untuk memungkinkan integrasi komponen yang lebih padat."
Pendekatan baru ini memungkinkan penguat mode tunggal-yang stabil pada frekuensi O-band, yang sangat-cocok untuk komunikasi data di pusat data dan sistem penyimpanan cloud.
Dengan mengintegrasikan laser secara langsung dengan resonator cincin yang terbuat dari silikon atau menggunakan reflektor Bragg terdistribusi dari silikon nitrida, tim juga telah mengatasi masalah terkait penyelarasan dan umpan balik optik.
Salah satu temuan yang lebih mengejutkan dari penelitian ini adalah seberapa baik kinerja laser di bawah panas.
“Laser QD terintegrasi kami menunjukkan penguat suhu tinggi hingga 105 derajat dan masa pakai 6,2 tahun saat beroperasi pada suhu 35 derajat,” kata Ms. Koscica.
Metrik kinerja ini menunjukkan tingkat stabilitas termal yang sebelumnya sulit dicapai dengan desain yang terintegrasi secara monolitik.
Ketahanan termal ini membuka pintu bagi aplikasi yang lebih tahan lama di-lingkungan dunia nyata, di mana fluktuasi suhu dapat membatasi keandalan komponen fotonik.
Hal ini juga dapat mengurangi kebutuhan akan pendinginan aktif, yang biasanya menambah biaya dan kompleksitas pada desain sebelumnya.
Selain kinerja, metode integrasi tampaknya cocok untuk-manufaktur skala besar.
Karena teknik ini dapat dijalankan di pabrik semikonduktor standar dan tidak memerlukan perubahan besar pada arsitektur chip yang mendasarinya, teknik ini menjanjikan penerapan yang lebih luas.
Para peneliti berpendapat bahwa metode ini "hemat-biaya" dan "dapat bekerja pada berbagai desain chip fotonik yang terintegrasi tanpa memerlukan modifikasi yang ekstensif atau rumit."
Meskipun demikian, pendekatan ini kemungkinan akan menghadapi pengawasan ketat terkait konsistensi di seluruh wafer besar dan kompatibilitas dengan sistem fotonik komersial.
Selain itu, keberhasilan dalam lingkungan laboratorium yang terkendali tidak menjamin penerapan yang lancar dalam lingkungan manufaktur massal.
Namun, kombinasi desain laser yang ringkas, kompatibilitas dengan proses konvensional, dan integrasi fungsi O{0}}band menjadikan pengembangan ini penting.
Dari pusat data hingga sensor canggih, integrasi laser-yang kompatibel dengan silikon ini dapat membawa sirkuit fotonik lebih dekat ke kelayakan-pasar massal.
