أخيرًا، يتم تصنيع الرقائق الضوئية المزودة بأشعة الليزر الكمومية دون إعادة تصميم النظام بأكمله
تعمل أجهزة الليزر هذه مباشرة على السيليكون وتظل تتحمل الحرارة العالية لأكثر من ست سنوات
ملأ باحثون من جامعة كاليفورنيا فجوة الليزر بالبوليمرات وثبتوا التحكم الدقيق في شعاع الليزر على-الرقاقة
يمكن لطريقة تصنيع جديدة أن تجعل الدوائر الضوئية أرخص وأكثر عملية من خلال الدمج المباشر لأشعة الليزر ذات النقاط الكمومية (QD) في رقائق السيليكون، وهي عملية يمكن أن تؤثر على كيفية تصميم الأجهزة المنزلية الذكية المستقبلية، وأجهزة تتبع اللياقة البدنية، وحتى أجهزة الكمبيوتر المحمولة.
وقد حقق فريق البحث، بقيادة روزالين كوسيكا من جامعة كاليفورنيا، ذلك من خلال الجمع بين ثلاث استراتيجيات رئيسية.
لقد استخدموا تكوين ليزر الجيب للتكامل المباشر، واتبعوا طريقة نمو من خطوتين- تشتمل على ترسيب البخار الكيميائي العضوي المعدني وتنضيد الشعاع الجزيئي، وقدموا تقنية ملء فجوة البوليمر- لتقليل انتشار الشعاع البصري.
سد الفجوة بالهندسة الدقيقة
يعالج هذا التطوير التحديات طويلة الأمد التي تنطوي على عدم توافق المواد وأوجه عدم كفاءة الاقتران التي حدت تاريخيًا من أداء وقابلية التوسع للأنظمة الضوئية المتكاملة.
أدت الجهود المشتركة إلى تقليل فجوة الواجهة الأولية وجعلت من الممكن لليزر أن يعمل بشكل موثوق على شرائح السيليكون الضوئية.
وكما لاحظ الباحثون، "تتطلب تطبيقات الدوائر المتكاملة الضوئية (PIC) -مصادر ضوئية على شكل شرائح ذات مساحة صغيرة للجهاز للسماح بتكامل المكونات الأكثر كثافة."
يعمل الأسلوب الجديد على تمكين -وضع الليزر الفردي المستقر عند تردد النطاق O-، وهو مناسب تمامًا-لاتصالات البيانات في مراكز البيانات وأنظمة التخزين السحابية.
من خلال دمج الليزر مباشرة مع مرنانات حلقية مصنوعة من السيليكون أو استخدام عاكسات براغ الموزعة من نيتريد السيليكون، عالج الفريق أيضًا المشكلات المتعلقة بالمحاذاة والتغذية المرتدة البصرية.
إحدى النتائج الأكثر إثارة للدهشة من البحث هي مدى جودة أداء الليزر تحت الحرارة.
تقول السيدة كوسيكا: "أظهرت أجهزة الليزر QD المدمجة لدينا درجة حرارة عالية لليزر تصل إلى 105 درجة وعمرًا افتراضيًا يصل إلى 6.2 سنوات أثناء العمل عند درجة حرارة 35 درجة".
تشير مقاييس الأداء هذه إلى مستوى من الاستقرار الحراري كان من الصعب تحقيقه في السابق من خلال تصميمات متكاملة بشكل متجانس.
تفتح هذه المرونة الحرارية الباب أمام تطبيقات أكثر استدامة في بيئات العالم الحقيقي-، حيث يمكن أن تحد تقلبات درجات الحرارة من موثوقية المكونات الضوئية.
وقد يقلل أيضًا من الحاجة إلى التبريد النشط، الذي أدى تقليديًا إلى إضافة التكلفة والتعقيد إلى التصميمات السابقة.
وبعيدًا عن الأداء، تبدو طريقة التكامل مناسبة تمامًا للتصنيع على نطاق واسع-.
ونظرًا لأنه يمكن تنفيذ هذه التقنية في مسابك أشباه الموصلات القياسية ولا تتطلب تغييرات كبيرة في بنية الرقاقة الأساسية، فإنها تحمل وعدًا باعتمادها على نطاق أوسع.
ويرى الباحثون أن هذه الطريقة "فعّالة من حيث التكلفة-" و"يمكن أن تعمل مع مجموعة من تصميمات الرقائق الضوئية المتكاملة دون الحاجة إلى تعديلات شاملة أو معقدة."
ومع ذلك، فمن المرجح أن يواجه هذا النهج التدقيق فيما يتعلق بالاتساق عبر الرقائق الكبيرة والتوافق مع الأنظمة الضوئية التجارية.
كما أن النجاح في بيئات المختبرات الخاضعة للرقابة لا يضمن النشر السلس في إعدادات التصنيع الشامل.
ومع ذلك، فإن الجمع بين تصميم الليزر المدمج والتوافق مع العمليات التقليدية وتكامل وظائف النطاق O- يجعل هذا التطور ملحوظًا.
بدءًا من مراكز البيانات وحتى أجهزة الاستشعار المتقدمة، يمكن لهذا التكامل مع الليزر-المتوافق مع السيليكون أن يجعل الدوائر الضوئية أقرب إلى الكتلة-القابلة للتطبيق في السوق.
