Laser ja mikrokampa samalle sirulle

EPFL:n ja UCSB:n välinen yhteistyö on saanut aikaan kauan odotetun läpimurron ja osoittanut CMOS-tekniikan, joka mahdollistaa sirumittakaavan optisten taajuuskampojen valmistamisen kiekkotasolla.

Professori Tobias Kippenbergin laboratoriossa EPFL:ssä viime vuosikymmenen aikana löytämät solitoniset mikrokammat ovat mahdollistaneet taajuuskampojen luomisen sirupiiriksi. Tässä järjestelmässä yksitaajuinen laser muunnetaan erittäin lyhyiksi pulsseiksi, joita kutsutaan dissipatiivisiksi Kerr-solitoneiksi.

Soliton-mikrokammat ovat sirumittakaavan taajuuskampoja, jotka ovat pienikokoisia, kuluttavat vähän virtaa ja niillä on laaja kaistanleveys. Niillä olisi monia käyttösovelluksia mutta merkittävä haaste on ollut laserpumppulähteiden integrointi samaan yhteyteen.

Epälineaarisille optisille mikroresonaattoreille, joista solitoni-mikrokammat rakentuvat, pii-nitridi (Si3N4) on noussut johtavaksi alustaksi erittäin vähäisen hävikin, leveän läpinäkyvyysikkunan, kahden fotonin absorboinnin puuttumisen ja korkean tehonkäsittelyominaisuuden ansiosta.

Viisitoista vuotta sitten professori John Bowersin laboratorio UCSB:ssä loi menetelmän puolijohdelaserien integroimiseksi piikiekkoon. Koska piillä on epäsuora kaistanleveys eikä se voi emittoida valoa, tutkijat sitovat indiumfosfidi-puolijohteita piikiekkoihin laservahvistusosien muodostamiseksi. Tätä heterogeenistä integrointilasertekniikkaa käytetään nykyään laajasti optisten liitäntöjen yhteydessä. Tämä transformatiivinen laserteknologia on jo kaupallisessa käytössä.

Uudessa tutkimusartikkelissa EPFL:n ja UCSB:n laboratoriot osoittavat nyt ensimmäisen heterogeenisen integroinnin vähäisen hävikin Si3N4 fotoni-integroiduista piireistä ja puolijohdelaserista piikiekkoluokan CMOS-tekniikalla.

Menetelmä perustuu pääasiassa useisiin piin ja indiumfosfidin kiekkotason sidoksiin Si3N4 substraatin päälle. Pii- ja indiumfosfidikerroksien DFB-laserin yksitaajuinen anto ohjataan Si3N4 -mikroresonaattoriin, josta sitten muodostuu solitonimikrokampa joka luo kymmeniä uusia taajuuslinjoja.

Tämä kiekkomittakaavan heterogeeninen prosessi voi tuottaa yli tuhat sirumittakaavan solitonista mikrokomparakennetta yhdestä 100 mm:n kiekosta. Jokainen piirirakenne on täysin sähköisesti ohjattu. Tärkeää on, että tuotantotasoa voidaan edelleen skaalata alan standardien mukaisille 200 tai 300 mm kiekoille.

"Heterogeeninen valmistusteknologiamme yhdistää kolme integroitua fotoniikan alustaa, nimittäin pii, inidiumfosfaatti ja Si3N4 ja voi tasoittaa tietä suurten, edullisten sirupohjaisten taajuuskampojen valmistamisen seuraavan sukupolven korkean kapasiteetin lähetinvastaanottimille, datakeskuksille, tunnistamiselle ja metrologialle”, sanoo tohtori Junqiu Liu, joka johtaa Si3N4 -valmistusta EPFL:n MicroNanoTechnology Centerissä (CMi).

Aiheesta aiemmin:

Taajuuskampa,laser ja resonaattori samalle piirille

Ennätyskorkeaa datansiirtoa yhdellä lähettimellä