Des puces photoniques dotées de lasers quantiques sont enfin construites sans repenser l'ensemble du système
Ces lasers fonctionnent directement sur le silicium et survivent à des températures élevées pendant plus de six ans.
Des chercheurs de l'Université de Californie ont comblé le vide laser avec des polymères et ont réussi à contrôler le faisceau avec précision sur une-puce.
Une nouvelle méthode de fabrication pourrait rendre les circuits photoniques moins chers et plus pratiques en intégrant directement des lasers à points quantiques (QD) sur des puces de silicium, un processus qui pourrait influencer la façon dont les futurs appareils domestiques intelligents, les trackers de fitness et même les ordinateurs portables seront conçus.
L’équipe de recherche, dirigée par Rosalyn Koscica de l’Université de Californie, y est parvenue en combinant trois stratégies clés.
Ils ont utilisé une configuration laser de poche pour l'intégration directe, ont suivi une méthode de croissance en deux étapes impliquant le dépôt chimique en phase vapeur d'organo-métalliques et l'épitaxie par jet moléculaire, et ont introduit une technique de remplissage des espaces polymères pour réduire la propagation du faisceau optique.
Combler l’écart grâce à une ingénierie minutieuse
Ce développement répond à des défis de longue date impliquant des incompatibilités matérielles et des inefficacités de couplage qui ont historiquement limité les performances et l'évolutivité des systèmes photoniques intégrés.
Les efforts combinés ont minimisé l’écart d’interface initial et ont permis aux lasers de fonctionner de manière fiable sur des puces photoniques en silicium.
Comme le notent les chercheurs, "les applications de circuits intégrés photoniques (PIC) nécessitent des sources lumineuses sur puce avec un faible encombrement pour permettre une intégration plus dense des composants".
La nouvelle approche permet un laser monomode stable-à la fréquence de la bande O-, ce qui est bien-adapté aux communications de données dans les centres de données et les systèmes de stockage cloud.
En intégrant les lasers directement avec des résonateurs annulaires en silicium ou en utilisant des réflecteurs de Bragg distribués en nitrure de silicium, l'équipe a également résolu les problèmes liés à l'alignement et au retour optique.
L’une des découvertes les plus surprenantes de la recherche concerne l’efficacité des lasers sous l’effet de la chaleur.
"Nos lasers QD intégrés ont démontré une température laser élevée jusqu'à 105 degrés et une durée de vie de 6,2 ans tout en fonctionnant à une température de 35 degrés", explique Mme Koscica.
Ces mesures de performances suggèrent un niveau de stabilité thermique auparavant difficile à atteindre avec des conceptions intégrées de manière monolithique.
Cette résilience thermique ouvre la porte à des applications plus durables dans des environnements réels-, où les fluctuations de température peuvent limiter la fiabilité des composants photoniques.
Cela peut également réduire le besoin de refroidissement actif, qui a traditionnellement ajouté du coût et de la complexité aux conceptions précédentes.
Au-delà des performances, la méthode d'intégration semble bien adaptée à la fabrication à grande échelle.
Étant donné que la technique peut être exécutée dans des fonderies de semi-conducteurs standard et ne nécessite pas de modifications majeures de l’architecture sous-jacente de la puce, elle est prometteuse pour une adoption plus large.
Les chercheurs affirment que la méthode est "-rentable" et "peut fonctionner pour une gamme de conceptions de puces photoniques intégrées sans nécessiter de modifications importantes ou complexes".
Cela dit, l’approche fera probablement l’objet d’un examen minutieux en ce qui concerne la cohérence entre les grandes tranches et la compatibilité avec les systèmes photoniques commerciaux.
De plus, le succès dans des environnements de laboratoire contrôlés ne garantit pas un déploiement transparent dans les environnements de fabrication de masse.
Néanmoins, la combinaison d'une conception laser compacte, de la compatibilité avec les processus conventionnels et de l'intégration de la fonctionnalité O-bande rend ce développement remarquable.
Des centres de données aux capteurs avancés, cette intégration laser-compatible avec le silicium pourrait rapprocher les circuits photoniques de la viabilité-sur le marché de masse.
