量子レーザーを備えたフォトニックチップが、システム全体を再設計することなくついに構築される
これらのレーザーはシリコンに直接作用し、6 年以上高温に耐えます。
カリフォルニア大学の研究者は、レーザーのギャップをポリマーで埋め、チップ上で精密なビーム制御を確立しました。-
新しい製造方法により、量子ドット（QD）レーザーをシリコンチップ上に直接統合することで、フォトニック回路がより安価でより実用的になる可能性があり、このプロセスは将来のスマートホームデバイス、フィットネストラッカー、さらにはラップトップの設計方法に影響を与える可能性があります。
カリフォルニア大学のロザリン・コシカ率いる研究チームは、3 つの重要な戦略を組み合わせることでこれを達成しました。
彼らは直接統合するためにポケット レーザー構成を使用し、有機金属化学気相成長と分子線エピタキシーを含む 2 段階の成長法に従い、光ビームの広がりを減らすためにポリマー ギャップ充填技術を導入しました。{{0}
慎重なエンジニアリングでギャップを埋める
この開発は、歴史的に統合フォトニックシステムの性能とスケーラビリティを制限してきた、材料の非互換性と結合の非効率を伴う長年の課題に対処します。
さまざまな取り組みを組み合わせることで、初期の界面ギャップが最小限に抑えられ、シリコン フォトニック チップレット上でレーザーが確実に機能することが可能になりました。
研究者らは、「フォトニック集積回路（PIC）アプリケーションでは、より高密度なコンポーネントの統合を可能にするために、デバイスの設置面積が小さいオンチップ光源が必要です。」{0}と述べています。
新しいアプローチにより、O 帯域周波数での安定したシングルモード レーザー発振が可能になります。これは、データセンターやクラウド ストレージ システムでのデータ通信に最適です。{{2}
レーザーをシリコン製のリング共振器と直接統合するか、窒化シリコン製の分散ブラッグ反射器を使用することで、チームはアライメントと光フィードバックに関連する問題にも取り組んだ。
研究で得られた最も驚くべき発見の 1 つは、レーザーが熱の下でどの程度優れた性能を発揮するかということです。
「当社の統合型 QD レーザーは、35 度の温度で動作しながら、最大 105 度の高温発振と 6.2 年の寿命を実証しました」とコシカさんは言います。
これらの性能指標は、モノリシックに統合された設計では以前は達成が困難であったレベルの熱安定性を示唆しています。
この熱回復力により、温度変動によってフォトニック コンポーネントの信頼性が制限される可能性がある現実の環境において、より耐久性の高いアプリケーションへの扉が開かれます。{0}}
また、従来、過去の設計にコストと複雑性を追加していたアクティブ冷却の必要性も軽減される可能性があります。
この統合方法はパフォーマンスだけでなく、大規模製造にも適しているようです。-
この技術は標準的な半導体ファウンドリで実行でき、基礎となるチップ アーキテクチャに大幅な変更を必要としないため、より広範な採用が期待されています。
研究者らは、この方法は「費用対効果が高く」、「大規模または複雑な変更を必要とせずに、さまざまなフォトニック統合チップ設計に適用できる」と主張しています。{0}
とはいえ、このアプローチは、大型ウェーハ全体の一貫性や商用フォトニックシステムとの互換性に関して厳しい審査に直面する可能性が高い。
また、管理されたラボ環境での成功は、大量生産環境でのシームレスな導入を保証するものではありません。
それでも、コンパクトなレーザー設計、従来のプロセスとの互換性、O バンド機能の統合の組み合わせにより、この開発は注目に値します。
データセンターから高度なセンサーに至るまで、このシリコン互換レーザー統合により、フォトニック回路が大衆市場での実現に近づく可能性があります。{0}{1}
