Puknuo Sveti Gral silikonskih fotonika?

Fizičari prvi učinkoviti laser integriraju izravno u silikonski čip

Laser integriran izravno u čip olakšava buduću optičku obradu podataka © welcomeia 4 / thinkstock
čitati naglas

Fizičari su prvi put uspjeli uzgajati učinkovit i pouzdan nano-laser izravno na silicijumu. Laser se sastoji od nanokristala koji su odloženi u višeslojni rešetkasti oblik i mogu stvarati i pulsirajuću i kontinuiranu svjetlost. Učinkovitiji je i izdržljiviji od svih prethodnih pokušaja, kako navode istraživači u časopisu Nature Photonics. Ovo je bila stvarna realizacija svetog grala silikonskih fotonika.

Svjetlost se smatra budućim prijenosnim sredstvom, a laserski signali u optičkim kablovima već pružaju ultra brze veze s velikom propusnom opsegom. Prije samo nekoliko mjeseci, istraživači su predstavili prvi čip koji kombinira optičke i elektroničke komponente. Međutim, ono što je dosad nedostajalo bio je učinkovit, električno pumpani laser koji se može izravno integrirati u silikonski čip.

Problem je u tome što su silicij i germanij dobri poluvodiči, ali oni emitiraju malo svjetla samo kada su pobuđeni. Galijev arsenidni spojevi su zauzvrat učinkoviti proizvođači svjetlosti i zbog svoje divergentne strukture bilo je teško povezati se sa silikonskom rešetkom.

Nanokristali kao laser

Ali upravo je to postigao Siming Chen sa University College London i njegovi kolege. Prvo su uzgajali laser indijevog arsenida i galijevog arsenida izravno na silikonskoj podlozi. Ovaj se laser sastoji od takozvanih kvantnih točkica, sićušnih nanokristala koji sadrže konfiguracije koje stvaraju aktivno lasersko svjetlo.

Da bi razvili ove lasere s kvantnim točkama, istraživači su isparavali silicijumsku površinu čipa s tri sloja arsenida galija. Između ovih slojeva primijenili su mrežu indijevog arsenida ugrađenog u galijev arsenid, koji je tvorio stvarne kvantne točke. Ta je konstrukcija na kraju formirala petplastni kvantni točkasti laser. prikaz

Učinkovit i izdržljiv

Na sobnoj temperaturi laser stvara i kontinuiranu i pulsirajuću svjetlost na valnoj duljini od 1300 nanometara s energijom od 105 milivata - i s malom gustoćom struje u čipu, kako navode istraživači. On je stoga mnogo učinkovitiji od svih prethodnih pokušaja takvog integriranog lasera. Pored toga, kvantni laser djeluje do 100 000 sati.

Laser će i dalje pouzdano raditi kada temperatura na čipu poraste. "To je važno jer elektronički čipovi često moraju raditi na temperaturama od 65 ili više stupnjeva", rekli su Chen i njegovi kolege. Izvještavaju da je njihov novi kvantni laser radio s neprekidnim svjetlom do 75 stupnjeva i s pulsirajućim snopom do temperature od 120 stupnjeva.

"Sveti gral silicijumske fotonike"

"Tehnike koje smo razvili omogućile su nam da stvorimo sveti gral silicijumske fotonike - efikasan i pouzdan poluvodički laser s električnim pogonom koji se ugrađuje izravno u silikonsku podlogu", objašnjava direktor istraživanja Alwyn Seeds s University Collegea. "Proizvodnja takvih lasera temeljni je korak prema fotonici silicijuma."

Prema istraživačima, takvi laseri otvaraju nove mogućnosti za izravnu integraciju optičkih veza na čipove na bazi silicija. "Naravno, konkretne posljedice je nemoguće detaljno predvidjeti, ali to će jasno transformirati računalnu tehnologiju i digitalnu ekonomiju i stvoriti potpuno nove načine postizanja energetske učinkovitosti", kaže koautor Peter Smowton iz Cardiffa Sveučilište. (Nature Photonics, 2016; doi: 10.1038 / nphoton.2016.21)

(Sveučilište Cardiff, 08.03.2016. - NPO)