Chip quang tử với laser lượng tử cuối cùng cũng được chế tạo mà không cần thiết kế lại toàn bộ hệ thống
Những tia laser này hoạt động trực tiếp trên silicon và vẫn tồn tại ở nhiệt độ cao trong hơn sáu năm
Các nhà nghiên cứu của Đại học California đã lấp đầy khoảng trống tia laser bằng polyme và điều khiển chùm tia chính xác cố định trên-chip
Một phương pháp chế tạo mới có thể làm cho các mạch quang tử rẻ hơn và thiết thực hơn bằng cách tích hợp trực tiếp tia laser chấm lượng tử (QD) vào chip silicon, một quá trình có thể ảnh hưởng đến cách thiết kế các thiết bị nhà thông minh, máy theo dõi thể dục và thậm chí cả máy tính xách tay trong tương lai.
Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Rosalyn Koscica tại Đại học California, đã đạt được điều này bằng cách kết hợp ba chiến lược chính.
Họ đã sử dụng cấu hình laser bỏ túi để tích hợp trực tiếp, tuân theo phương pháp tăng trưởng hai{0}}bước liên quan đến lắng đọng hơi hóa học hữu cơ kim loại và epitaxy chùm tia phân tử, đồng thời đưa ra kỹ thuật lấp đầy khoảng trống polyme-để giảm sự lan truyền của chùm tia quang học.
Thu hẹp khoảng cách bằng kỹ thuật cẩn thận
Sự phát triển này giải quyết những thách thức lâu dài liên quan đến sự không tương thích về vật liệu và sự thiếu hiệu quả trong ghép nối vốn đã hạn chế hiệu suất và khả năng mở rộng của các hệ thống quang tử tích hợp.
Những nỗ lực kết hợp đã giảm thiểu khoảng cách giao diện ban đầu và giúp tia laser có thể hoạt động đáng tin cậy trên các chiplet quang tử silicon.
Như các nhà nghiên cứu lưu ý, "Các ứng dụng mạch tích hợp quang tử (PIC) yêu cầu các nguồn sáng trên chip có kích thước nhỏ để cho phép tích hợp thành phần dày đặc hơn".
Phương pháp tiếp cận mới cho phép phát laser-chế độ đơn ổn định ở tần số băng tần O{1}}, rất phù hợp-cho hoạt động truyền dữ liệu trong trung tâm dữ liệu và hệ thống lưu trữ đám mây.
Bằng cách tích hợp trực tiếp các tia laser với các bộ cộng hưởng vòng làm bằng silicon hoặc sử dụng các bộ phản xạ Bragg phân tán từ silicon nitride, nhóm nghiên cứu cũng đã giải quyết được các vấn đề liên quan đến sự liên kết và phản hồi quang học.
Một trong những phát hiện đáng ngạc nhiên hơn từ nghiên cứu này là tia laser hoạt động tốt như thế nào dưới nhiệt độ.
Bà Koscica cho biết: "Laser QD tích hợp của chúng tôi đã chứng minh khả năng phát sáng ở nhiệt độ cao lên tới 105 độ và tuổi thọ 6,2 năm khi hoạt động ở nhiệt độ 35 độ".
Các số liệu hiệu suất này cho thấy mức độ ổn định nhiệt mà trước đây khó đạt được với các thiết kế tích hợp nguyên khối.
Khả năng phục hồi nhiệt này mở ra cánh cửa cho các ứng dụng bền bỉ hơn trong-môi trường thế giới thực, nơi sự dao động nhiệt độ có thể hạn chế độ tin cậy của các thành phần quang tử.
Nó cũng có thể làm giảm nhu cầu làm mát tích cực, vốn thường làm tăng thêm chi phí và độ phức tạp cho các thiết kế trước đây.
Ngoài hiệu suất, phương pháp tích hợp có vẻ rất phù hợp với-quy mô sản xuất lớn.
Bởi vì kỹ thuật này có thể được thực hiện trong các xưởng đúc bán dẫn tiêu chuẩn và không yêu cầu những thay đổi lớn đối với kiến trúc chip cơ bản nên nó hứa hẹn sẽ được áp dụng rộng rãi hơn.
Các nhà nghiên cứu lập luận rằng phương pháp này "hiệu quả về mặt chi phí" và "có thể hoạt động với nhiều thiết kế chip tích hợp quang tử mà không cần sửa đổi rộng rãi hoặc phức tạp".
Điều đó nói lên rằng, cách tiếp cận này có thể sẽ phải đối mặt với sự giám sát chặt chẽ về tính nhất quán trên các tấm bán dẫn lớn và khả năng tương thích với các hệ thống quang tử thương mại.
Ngoài ra, thành công trong môi trường phòng thí nghiệm được kiểm soát không đảm bảo việc triển khai liền mạch trong môi trường sản xuất hàng loạt.
Tuy nhiên, sự kết hợp giữa thiết kế laser nhỏ gọn, khả năng tương thích với các quy trình thông thường và việc tích hợp chức năng băng tần O{0}}làm cho sự phát triển này trở nên đáng chú ý.
Từ trung tâm dữ liệu đến cảm biến tiên tiến, việc tích hợp laser tương thích silicon-này có thể đưa các mạch quang tử đến gần hơn khả năng tồn tại của-thị trường đại chúng.
