- Chip fotonik dengan laser kuantum akhirnya sedang dibangun tanpa mendesain ulang seluruh sistem
- Laser ini bekerja langsung pada silikon dan masih bertahan panas selama lebih dari enam tahun
- Peneliti Universitas California mengisi kesenjangan laser dengan polimer dan pengendalian balok presisi yang dipaku pada chip
Metode fabrikasi baru dapat membuat sirkuit fotonik lebih murah dan lebih praktis dengan secara langsung mengintegrasikan laser Quantum Dot (QD) ke chip silikon, sebuah proses yang dapat memengaruhi bagaimana perangkat rumah pintar di masa depan, pelacak kebugaran, dan bahkan laptop direkayasa.
Tim peneliti, yang dipimpin oleh Rosalyn Koscica di University of California, mencapai ini dengan menggabungkan tiga strategi utama.
Mereka menggunakan konfigurasi laser saku untuk integrasi langsung, mengikuti metode pertumbuhan dua langkah yang melibatkan deposisi uap kimia metalorganik dan epitaxy balok molekul, dan memperkenalkan teknik pengisian celah polimer untuk mengurangi penyebaran balok optik.
Menutup celah dengan rekayasa yang cermat
Perkembangan ini membahas tantangan lama yang melibatkan ketidakcocokan material dan kopling inefisiensi yang secara historis membatasi kinerja dan skalabilitas sistem fotonik terintegrasi.
Upaya gabungan meminimalkan kesenjangan antarmuka awal dan memungkinkan laser berfungsi dengan andal pada chiplet fotonik silikon.
Seperti yang dicatat oleh para peneliti, “Aplikasi Fotonic Integrated Circuit (PIC) membutuhkan sumber cahaya on-chip dengan jejak perangkat kecil untuk memungkinkan integrasi komponen yang lebih padat.”
Pendekatan baru ini memungkinkan pengambilan 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 membahas masalah yang terkait dengan 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 suhu tinggi yang merugikan hingga 105 ° C dan rentang umur 6,2 tahun saat beroperasi pada suhu 35 ° C,” kata Ms. Koscica.
Metrik kinerja ini menunjukkan tingkat stabilitas termal yang sebelumnya sulit dicapai dengan desain yang terintegrasi secara monolithith.
Ketahanan termal ini membuka pintu untuk aplikasi yang lebih tahan lama di lingkungan dunia nyata, di mana fluktuasi suhu dapat membatasi keandalan komponen fotonik.
Ini juga dapat mengurangi kebutuhan akan pendinginan aktif, yang secara tradisional menambah biaya dan kompleksitas pada desain masa lalu.
Di luar kinerja, metode integrasi tampak cocok untuk manufaktur skala besar.
Karena teknik ini dapat dieksekusi dalam pengecoran semikonduktor standar dan tidak memerlukan perubahan besar pada arsitektur chip yang mendasarinya, itu menjanjikan adopsi yang lebih luas.
Para peneliti berpendapat bahwa metode ini “hemat biaya” dan “dapat bekerja untuk berbagai desain chip terintegrasi fotonik tanpa memerlukan modifikasi yang luas atau kompleks.”
Yang mengatakan, pendekatan tersebut kemungkinan akan menghadapi pengawasan mengenai konsistensi di seluruh wafer besar dan kompatibilitas dengan sistem fotonik komersial.
Juga, keberhasilan di lingkungan lab yang terkontrol tidak menjamin penyebaran tanpa batas dalam pengaturan manufaktur massal.
Namun, kombinasi desain laser yang ringkas, kompatibilitas dengan proses konvensional, dan integrasi fungsionalitas o-band membuat perkembangan ini terkenal.
Dari pusat data hingga sensor canggih, integrasi laser yang kompatibel dengan silikon ini dapat membawa sirkuit fotonik lebih dekat ke viabilitas pasar massal.
Melalui IEEE
