یک ترفند جدید برای ادغام لیزرها با سیلیکون می تواند سرانجام تراشه های فوتونیک را ارزان، سریع و آماده برای تولید انبوه کند.

تراشه های فوتونیک با لیزرهای کوانتومی در نهایت بدون طراحی مجدد کل سیستم ساخته می شوند

این لیزرها مستقیماً بر روی سیلیکون کار می کنند و هنوز هم برای بیش از شش سال در گرمای بالا زنده می مانند

محققان دانشگاه کالیفرنیا شکاف لیزر را با پلیمرها پر کردند و کنترل پرتوهای دقیقی را روی تراشه-نشان دادند

یک روش ساخت جدید می‌تواند مدارهای فوتونیک را با ادغام مستقیم لیزرهای نقطه کوانتومی (QD) روی تراشه‌های سیلیکونی ارزان‌تر و کاربردی‌تر کند، فرآیندی که می‌تواند بر نحوه مهندسی دستگاه‌های خانه هوشمند، ردیاب‌های تناسب اندام و حتی لپ‌تاپ‌ها تأثیر بگذارد.

تیم تحقیقاتی به رهبری روزالین کوسیکا در دانشگاه کالیفرنیا با ترکیب سه استراتژی کلیدی به این مهم دست یافتند.

آنها از پیکربندی لیزر پاکتی برای ادغام مستقیم استفاده کردند، از یک روش رشد دو مرحله‌ای پیروی کردند که شامل رسوب بخار شیمیایی متالارگانیک و اپیتاکسی پرتو مولکولی بود، و یک تکنیک پر کردن شکاف پلیمری-برای کاهش انتشار پرتو نوری را معرفی کردند.

از بین بردن شکاف با مهندسی دقیق

این توسعه به چالش‌های طولانی‌مدت مربوط به ناسازگاری‌های مواد و ناکارآمدی‌های مرتبط می‌پردازد که از لحاظ تاریخی عملکرد و مقیاس‌پذیری سیستم‌های فوتونیک یکپارچه را محدود کرده است.

تلاش‌های ترکیبی شکاف رابط اولیه را به حداقل رساند و این امکان را برای لیزرها فراهم کرد که به طور قابل اعتماد بر روی تراشه‌های فوتونیک سیلیکونی کار کنند.

همانطور که محققان خاطرنشان کردند، "برنامه‌های کاربردی مدار مجتمع فوتونیک (PIC) به منابع نوری تراشه‌ای نیاز دارند که ردپای دستگاه کوچکی دارند تا امکان ادغام قطعات متراکم‌تر فراهم شود."

رویکرد جدید، لیزر تک حالته پایدار را در فرکانس باند O- فعال می‌کند، که برای ارتباطات داده در مراکز داده و سیستم‌های ذخیره‌سازی ابری مناسب است.

با ادغام لیزرها به طور مستقیم با تشدید کننده های حلقه ای ساخته شده از سیلیکون یا استفاده از بازتابنده های Bragg توزیع شده از نیترید سیلیکون، این تیم همچنین به مسائل مربوط به تراز و بازخورد نوری پرداخته است.

یکی از شگفت‌انگیزترین یافته‌های این تحقیق، عملکرد لیزرها در زیر گرما است.

خانم Koscica می‌گوید: «لیزرهای QD یکپارچه ما در دمای 35 درجه کار می‌کنند، دمای بالایی را تا 105 درجه و طول عمر 6.2 سال را نشان می‌دهند.

این معیارهای عملکرد سطحی از پایداری حرارتی را نشان می‌دهند که قبلاً با طرح‌های یکپارچه یکپارچه دستیابی به آن دشوار بود.

این انعطاف‌پذیری حرارتی در را به روی کاربردهای بادوام‌تر در محیط‌های{0}}در دنیای واقعی باز می‌کند، جایی که نوسانات دما می‌تواند قابلیت اطمینان اجزای فوتونیک را محدود کند.

همچنین ممکن است نیاز به خنک کننده فعال را کاهش دهد که به طور سنتی هزینه و پیچیدگی را به طراحی های گذشته اضافه کرده است.

فراتر از عملکرد، روش یکپارچه سازی برای تولید-در مقیاس بزرگ مناسب به نظر می رسد.

از آنجایی که این تکنیک را می توان در ریخته گری های نیمه هادی استاندارد اجرا کرد و نیازی به تغییرات عمده در معماری تراشه ندارد، نویدبخش پذیرش گسترده تر است.

محققان استدلال می کنند که این روش "مقرون به صرفه-موثر است" و "می تواند برای طیف وسیعی از طرح های تراشه یکپارچه فوتونیک بدون نیاز به تغییرات گسترده یا پیچیده کار کند."

گفته می‌شود، این رویکرد احتمالاً در رابطه با سازگاری ویفرهای بزرگ و سازگاری با سیستم‌های فوتونیک تجاری مورد بررسی دقیق قرار خواهد گرفت.

همچنین، موفقیت در محیط های آزمایشگاهی کنترل شده، استقرار یکپارچه در محیط های تولید انبوه را تضمین نمی کند.

با این حال، ترکیب طراحی فشرده لیزری، سازگاری با فرآیندهای مرسوم، و ادغام عملکرد باند O، این پیشرفت را قابل توجه می کند.

از مراکز داده گرفته تا حسگرهای پیشرفته، این ادغام لیزر سیلیکونی{0}}سازگار می‌تواند مدارهای فوتونیک را به بازار انبوه- نزدیک‌تر کند.