סוף סוף נבנים שבבים פוטוניים עם לייזרים קוונטיים מבלי לעצב מחדש את המערכת כולה
לייזרים אלה פועלים ישירות על סיליקון ועדיין שורדים חום גבוה במשך יותר משש שנים
חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה מילאו את פער הלייזר בפולימרים וסידרו בקרת קרן מדויקת על-שבב
שיטת ייצור חדשה יכולה להפוך את המעגלים הפוטונים לזולים ומעשיים יותר על ידי שילוב ישיר של לייזרים קוונטיים (QD) על שבבי סיליקון, תהליך שעשוי להשפיע על האופן שבו מכשירי בית חכם, עוקבי כושר ואפילו מחשבים ניידים מתכננים בעתיד.
צוות המחקר, בראשות Rosalyn Koscica מאוניברסיטת קליפורניה, השיג זאת על ידי שילוב של שלוש אסטרטגיות מפתח.
הם השתמשו בתצורת לייזר כיס לאינטגרציה ישירה, עקבו אחר שיטת גידול דו--שלבית שכללה שקיעת אדים כימיים מתכת-אורגניים ואפיטקסית קרן מולקולרית, והציגו טכניקת מילוי מרווח פולימרי- להפחתת התפשטות האלומה האופטית.
סגירת הפער בהנדסה קפדנית
פיתוח זה נותן מענה לאתגרים ארוכי טווח הכוללים חוסר התאמה חומרית וחוסר יעילות צימוד שהגבילו באופן היסטורי את הביצועים וההרחבה של מערכות פוטוניות משולבות.
המאמצים המשולבים צמצמו למינימום את פער הממשק הראשוני ואיפשרו ללייזרים לתפקד באופן אמין על שבבי סיליקון פוטוניים.
כפי שהחוקרים מציינים, "יישומי מעגל משולב פוטוני (PIC) דורשים מקורות אור על-שבב עם טביעת רגל קטנה של התקן כדי לאפשר אינטגרציה צפופה יותר של רכיבים."
הגישה החדשה מאפשרת לייזר-מצב יחיד יציב בתדר O-בפס, המותאם היטב-לתקשורת נתונים במרכזי נתונים ומערכות אחסון בענן.
על ידי שילוב הלייזרים ישירות עם מהודים טבעתיים העשויים מסיליקון או באמצעות מחזירי Bragg מבוזרים מסיליקון ניטריד, הצוות התייחס גם לבעיות הקשורות ליישור ומשוב אופטי.
אחד הממצאים המפתיעים יותר מהמחקר הוא עד כמה הלייזרים מתפקדים בחום.
"לייזרי ה-QD המשולבים שלנו הדגימו טמפרטורה גבוהה של עד 105 מעלות ותוחלת חיים של 6.2 שנים בזמן שהם פועלים בטמפרטורה של 35 מעלות", אומרת גב' קושצ'יקה.
מדדי ביצועים אלה מצביעים על רמה של יציבות תרמית שקודם לכן קשה היה להשיג עם עיצובים משולבים באופן מונוליטי.
החוסן התרמי הזה פותח את הדלת ליישומים עמידים יותר בסביבות-במציאות, שבהן תנודות טמפרטורה יכולות להגביל את האמינות של רכיבים פוטוניים.
זה עשוי גם להפחית את הצורך בקירור אקטיבי, אשר הוסיף באופן מסורתי עלות ומורכבות לעיצובי העבר.
מעבר לביצועים, נראה ששיטת האינטגרציה מתאימה לייצור-בקנה מידה גדול.
מכיוון שהטכניקה ניתנת לביצוע בבתי יציקה של מוליכים למחצה סטנדרטיים ואינה דורשת שינויים גדולים בארכיטקטורת השבבים הבסיסית, היא טומנת בחובה הבטחה לאימוץ רחב יותר.
החוקרים טוענים שהשיטה "חסכונית-" ו"יכולה לעבוד עבור מגוון עיצובי שבבים משולבים פוטוניים מבלי להזדקק לשינויים נרחבים או מורכבים."
עם זאת, הגישה ככל הנראה תעמוד בפני בדיקה לגבי עקביות על פני פרוסות גדולות ותאימות למערכות פוטוניות מסחריות.
כמו כן, הצלחה בסביבות מעבדה מבוקרות אינה מבטיחה פריסה חלקה בהגדרות של ייצור המוני.
ובכל זאת, השילוב של עיצוב לייזר קומפקטי, תאימות לתהליכים קונבנציונליים ושילוב של פונקציונליות פס O- הופכים את הפיתוח הזה לבולט.
ממרכזי נתונים ועד חיישנים מתקדמים, שילוב לייזר תואם-סיליקון זה יכול לקרב את המעגלים הפוטונים לכדאיות-המונית בשוק.
