硅上的高性能量子点锁模激光器

发布者:admin 发布时间:2019-10-20 05:40 浏览次数:

  未来十年。这就是加州大学圣巴巴拉分校电气和计算机工程教授John Bowers及其研究团队最近在硅片上锁模量子点激光器的发展。它的技术不仅可以大规模地增加数据中心,电信公司和网络硬件产品的数据传输容量,而且具有高稳定性,低噪声和硅光子能量效率。

  “全球数据流量水平正在快速上升,”Bowers说,他是Optica杂志上一篇关于新技术的论文的合着者。他解释说,一般来说,最先进的电信基础设施的传输和数据容量必须大约每两年翻一番才能维持高水平的性能。这意味着即使是现在,英特尔和思科等科技公司也必须将目光瞄准2024年及以后的硬件以保持竞争力。

  进入Bowers Group的高通道数,20千兆赫,被动锁模量子点激光器,在硅衬底上直接生长 - 这是集团的知识。凭借经过验证的每秒4.1太比特的传输容量,它从今天最好的数据传输商业标准(目前在以太网上达到每秒400千兆位)上提前了整整十年。

  该技术是已知技术中最新的高性能候选技术,称为波分复用(WDM),它使用不同的波长(颜色)在单根光纤上传输大量并行信号。它使我们在通信,娱乐和商业方面的流媒体和快速数据传输成为可能。

  Bowers Group的新技术利用其电子,光子学和材料方面的多项优势,利用其量子点激光器 - 一种微小的微米级光源 - 可以发射大量可以传输数据的光波长。

  “我们希望在一个廉价的光源中产生更多的相干波长,”Bowers Group的博士后研究员,该论文的第一作者Songtao Liu说。“量子点可以为您提供宽增益谱,这就是我们可以实现大量通道的原因。”他们的量子点激光器产生64个通道,间隔为20 GHz,可用作发射器以提高系统容量。

  激光器被动地“锁模” - 一种产生固定通道间隔的相干光学“梳子”的技术 - 以防止激光腔中的波长竞争产生噪声并稳定数据传输。

  该技术代表了硅电子和光子集成电路领域的重大进步,其主要目标是创建使用光(光子)和波导的组件 - 无与伦比的数据容量和传输速度以及能效 - 并且甚至代替电子和电线。硅是一种良好的材料,可以引导和保存光的质量,并且可以轻松,低成本地进行大规模生产。然而,它不太适合发光。

  “如果你想要有效地产生光,你需要一个直接的带隙半导体,”刘说,指的是发光固体的理想电子结构特性。“硅是间接带隙半导体。”Bowers Group的量子点激光器是在UC Santa Barbara的纳米加工设施中逐个硅分子生长的,是一种利用几种半导体材料的电子特性来提高性能和功能(包括它们的直接带隙)的结构。除了硅自身众所周知的光学和制造优势。

  随着技术公司寻求提高数据容量和传输速度的方法,这种量子点激光器及其类似组件有望成为电信和数据处理的标准。

  “数据中心现在正在购买大量的硅光子收发器,”鲍尔斯指出。“两年前,它从一无所有。”

  自从Bowers十年前展示了世界上第一款混合硅激光器(与英特尔合作)以来,硅光子世界不断创造更高效率,更高性能的技术,同时保持尽可能小的占地面积,着眼于大规模生产。Bowers和Liu表示,硅上的量子点激光器是最先进的技术,可为未来的设备提供卓越的性能。

  “我们在那里拍摄得很远,”拥有Fred Kavli纳米技术主席的鲍尔斯说,“这正是大学研究应该做的事情。”

  该项目的研究还由吴新如,郑大荣,贾斯汀诺曼,MJ肯尼迪,曾和加州大学圣巴巴拉分校的Arthur C. Gossard进行。

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