ในที่สุดชิปโฟโตนิกที่มีเลเซอร์ควอนตัมก็ถูกสร้างขึ้นโดยไม่ต้องออกแบบทั้งระบบใหม่
เลเซอร์เหล่านี้ทำงานโดยตรงกับซิลิคอนและยังคงทนต่อความร้อนสูงได้นานกว่าหกปี
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเติมเต็มช่องว่างเลเซอร์ด้วยโพลีเมอร์และการควบคุมลำแสงที่แม่นยำบนชิป-
วิธีการผลิตแบบใหม่อาจทำให้วงจรโฟโตนิกถูกลงและใช้งานได้จริงมากขึ้นโดยการรวมเลเซอร์ควอนตัมดอท (QD) เข้ากับชิปซิลิคอนโดยตรง ซึ่งเป็นกระบวนการที่อาจส่งผลต่อวิธีการออกแบบอุปกรณ์ในบ้านอัจฉริยะ ตัวติดตามฟิตเนส และแม้แต่แล็ปท็อปในอนาคต
ทีมวิจัยซึ่งนำโดย Rosalyn Koscica จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ประสบความสำเร็จโดยการรวมกลยุทธ์หลัก 3 ประการเข้าด้วยกัน
พวกเขาใช้การกำหนดค่าพ็อกเก็ตเลเซอร์สำหรับการบูรณาการโดยตรง ทำตามวิธีการเติบโตสอง-ขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับการสะสมของไอสารเคมีที่เป็นโลหะอินทรีย์และเอพิแทกซีลำแสงโมเลกุล และแนะนำเทคนิคการเติมช่องว่างโพลีเมอร์-เพื่อลดการแพร่กระจายของลำแสงแสง
ปิดช่องว่างด้วยวิศวกรรมที่ใส่ใจ
การพัฒนานี้จัดการกับความท้าทายที่มีมายาวนานซึ่งเกี่ยวข้องกับความไม่ลงรอยกันของวัสดุและความไร้ประสิทธิภาพในการเชื่อมต่อ ซึ่งในอดีตเคยจำกัดประสิทธิภาพและความสามารถในการปรับขนาดของระบบโฟโตนิกแบบรวม
ความพยายามร่วมกันลดช่องว่างอินเทอร์เฟซเริ่มต้นให้เหลือน้อยที่สุด และทำให้เลเซอร์สามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือบนชิปเล็ตซิลิคอนโฟโตนิก
ดังที่นักวิจัยตั้งข้อสังเกต "แอปพลิเคชันวงจรรวมโฟโตนิก (PIC) ต้องใช้แหล่งกำเนิดแสงบนชิป-ที่มีขนาดอุปกรณ์ขนาดเล็กเพื่อให้สามารถรวมส่วนประกอบที่มีความหนาแน่นมากขึ้นได้"
แนวทางใหม่นี้ช่วยให้-โหมดเลเซอร์เดี่ยวมีความเสถียรที่ความถี่ O- ซึ่งเหมาะอย่างยิ่ง-สำหรับการสื่อสารข้อมูลในศูนย์ข้อมูลและระบบจัดเก็บข้อมูลบนคลาวด์
ด้วยการบูรณาการเลเซอร์โดยตรงกับตัวสะท้อนวงแหวนที่ทำจากซิลิคอนหรือใช้ตัวสะท้อน Bragg แบบกระจายจากซิลิคอนไนไตรด์ ทีมงานยังได้แก้ไขปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการจัดตำแหน่งและการตอบสนองทางแสง
ข้อค้นพบที่น่าแปลกใจอย่างหนึ่งจากการวิจัยคือเลเซอร์ทำงานได้ดีเพียงใดภายใต้ความร้อน
"เลเซอร์ QD แบบบูรณาการของเราสาธิตการเลเซอร์ที่อุณหภูมิสูงถึง 105 องศา และมีอายุการใช้งาน 6.2 ปี ขณะทำงานที่อุณหภูมิ 35 องศา" นางสาว Koscica กล่าว
ตัวชี้วัดประสิทธิภาพเหล่านี้แนะนำระดับความเสถียรทางความร้อนซึ่งก่อนหน้านี้ทำได้ยากด้วยการออกแบบที่บูรณาการแบบเสาหิน
การฟื้นตัวจากความร้อนนี้เปิดประตูสู่การใช้งานที่ทนทานมากขึ้นในสภาพแวดล้อมจริง- ซึ่งความผันผวนของอุณหภูมิสามารถจำกัดความน่าเชื่อถือของส่วนประกอบโฟโตนิก
นอกจากนี้ยังอาจลดความจำเป็นในการระบายความร้อนแบบแอคทีฟ ซึ่งเพิ่มต้นทุนและความซับซ้อนให้กับการออกแบบในอดีต
นอกเหนือจากประสิทธิภาพแล้ว วิธีการบูรณาการยังเหมาะสมอย่างยิ่งกับการผลิตขนาดใหญ่-
เนื่องจากเทคนิคนี้สามารถดำเนินการได้ในโรงหล่อเซมิคอนดักเตอร์มาตรฐาน และไม่จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงสถาปัตยกรรมชิปที่สำคัญ จึงมีแนวโน้มว่าจะนำไปใช้ในวงกว้างมากขึ้น
นักวิจัยให้เหตุผลว่าวิธีนี้ "คุ้มค่า-" และ "ใช้ได้กับการออกแบบชิปรวมโฟโตนิกที่หลากหลายโดยไม่จำเป็นต้องแก้ไขเพิ่มเติมหรือซับซ้อน"
อย่างไรก็ตาม วิธีการดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะเผชิญกับการตรวจสอบอย่างละเอียดเกี่ยวกับความสม่ำเสมอของเวเฟอร์ขนาดใหญ่ และความเข้ากันได้กับระบบโฟโตนิกเชิงพาณิชย์
นอกจากนี้ ความสำเร็จในสภาพแวดล้อมของห้องปฏิบัติการที่มีการควบคุมไม่ได้รับประกันการใช้งานที่ราบรื่นในการตั้งค่าการผลิตจำนวนมาก
อย่างไรก็ตาม การผสมผสานระหว่างการออกแบบเลเซอร์ขนาดกะทัดรัด ความเข้ากันได้กับกระบวนการทั่วไป และการบูรณาการฟังก์ชัน O- band ทำให้การพัฒนานี้โดดเด่น
ตั้งแต่ศูนย์ข้อมูลไปจนถึงเซ็นเซอร์ขั้นสูง การบูรณาการเลเซอร์ที่เข้ากันได้กับซิลิกอน-นี้อาจทำให้วงจรโฟโตนิกใกล้เคียงกับ{1}}ความสามารถในการอยู่รอดของตลาดในวงกว้างมากขึ้น
