Исследовательская группа разрабатывает высокоэффективный лазер с квантовой точкой на кремнии
Новости науки и техники 28.02.2019 Комментарии к записи Исследовательская группа разрабатывает высокоэффективный лазер с квантовой точкой на кремнии отключеныДесять лет в будущее. Именно о том, как далеко продвинулись профессор электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Джон Бауэрс и его исследовательская группа благодаря недавней разработке своих лазеров на квантовых точках с синхронизацией мод на кремнии. Это технология, которая не только может значительно увеличить пропускную способность центров обработки данных, телекоммуникационных компаний и сетевых аппаратных продуктов, но также благодаря высокой стабильности, низкому уровню шума и энергоэффективности кремниевой фотоники.
«Уровень трафика данных в мире растет очень, очень быстро», — сказал Бауэрс, соавтор статьи о новых технологиях в журнале Optica . В целом, пояснил он, пропускная способность и пропускная способность современной телекоммуникационной инфраструктуры должны удваиваться примерно каждые два года, чтобы поддерживать высокий уровень производительности. Это означает, что даже сейчас технологические компании, такие как Intel и Cisco, должны ориентироваться на аппаратное обеспечение 2024 года и более, чтобы оставаться конкурентоспособными.
Откройте для себя лазерный генератор с квантовыми точками с пассивной синхронизацией мод и мощностью 20 ГГц от Bowers Group, впервые выращенный, насколько известно группе, на кремниевой подложке. Обладая проверенной пропускной способностью 4,1 терабит в секунду, он опережает, по оценкам, на целое десятилетие впереди лучший на сегодняшний день коммерческий стандарт передачи данных, который в настоящее время достигает 400 гигабит в секунду по Ethernet.
Эта технология является новейшим высокопроизводительным кандидатом в устоявшейся технике, называемой мультиплексированием с разделением по длине волны (WDM), которая передает множество параллельных сигналов по одному оптическому волокну, используя различные длины волн (цвета). Это сделало возможным потоковую передачу и быструю передачу данных, на которые мы полагаемся для наших коммуникаций, развлечений и коммерции.
Новая технология Bowers Group использует преимущества нескольких достижений в области телекоммуникаций, фотоники и материалов благодаря своему лазеру с квантовыми точками — крошечному источнику света микронного размера, который может излучать широкий диапазон световых волн, по которым могут передаваться данные.
«Мы хотим, чтобы в одном дешевом источнике света генерировалось больше когерентных длин волн », — сказал Сонгтао Лю, научный сотрудник Bowers Group и ведущий автор статьи. «Квантовые точки могут предложить вам широкий спектр усиления, и поэтому мы можем получить много каналов». Их лазер с квантовыми точками генерирует 64 канала с интервалом 20 ГГц и может использоваться в качестве передатчика для повышения пропускной способности системы.
Лазер пассивно синхронизируется по моде — метод, который генерирует когерентные оптические «гребенки» с фиксированным расстоянием между каналами — для предотвращения шума от конкуренции длины волны в резонаторе лазера и стабилизации передачи данных.
Эта технология представляет собой значительный прогресс в области кремниевых электронных и фотонных интегральных схем, основной задачей которых является создание компонентов, использующих свет (фотоны) и волноводы, не имеющих аналогов по емкости данных и скорости передачи, а также по эффективности использования энергии, наряду с даже вместо электронов и проводов. Кремний является хорошим материалом для качества света, который он может направлять и сохранять, а также для простоты и низкой стоимости его крупномасштабного производства. Тем не менее, это не так хорошо для генерации света.
«Если вы хотите эффективно генерировать свет, вам нужен полупроводник с прямой запрещенной зоной», — сказал Лю, имея в виду идеальное свойство электронной структуры для светоизлучающих твердых тел. «Кремний — это полупроводник с непрямой запрещенной зоной». Лазер с квантовыми точками Bowers Group, выращенный на кремниевой молекуле за молекулой в нанотехнологических предприятиях Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, представляет собой структуру, которая использует преимущества электронных свойств нескольких полупроводниковых материалов для рабочих характеристик и функций (включая их прямые запрещенные зоны), в дополнение к собственным известным оптическим и производственным преимуществам кремния.
Ожидается, что этот лазер с квантовыми точками и подобные ему компоненты станут нормой в области телекоммуникаций и обработки данных, поскольку технологические компании ищут способы улучшить свою емкость данных и скорости передачи.
«Центры обработки данных в настоящее время покупают большое количество кремниевых фотонных трансиверов», — отметил Бауэрс. «И это пошло из ничего два года назад».
С тех пор, как десять лет назад Bowers продемонстрировал первый в мире гибридный кремниевый лазер (усилие совместно с Intel), мир кремниевой фотоники продолжает создавать более эффективные и высокопроизводительные технологии, сохраняя при этом как можно меньшую площадь, ориентируясь на массовое производство. Бауэрс и Лю говорят, что лазер на квантовых точках на кремнии — это современная технология, которая обеспечивает превосходную производительность, которая будет востребована для будущих устройств.
«Мы там стреляем далеко», — сказал Бауэрс, который возглавляет кафедру нанотехнологий Фреда Кавли, — «это то, чем должны заниматься исследования в университете».+
Сайт источника https://phys.org/news/2019-02-group-high-performance-quantum-dot-mode-locked.html
