Печатные фотонные зеркала позволили уменьшить лазер в 10-15 раз

Результатом совместной работы специалистов в электротехнике университета Техаса в Арлингтоне и университета Висконсин-Мэдисон стала новая конструкция лазера с интегрированными на чипе оптическими соединениями. Компактный профиль лазера поверхностного излучения (высота всего 2 мкм — меньше, чем толщина человеческого волоса) уменьшает себестоимость его производства и упрощает внедрение высокоскоростных оптических коммуникаций в микропроцессоры для следующих поколений быстродействующих и энергоэкономичных компьютеров.

Традиционной кандидатурой на внутричиповую интеграцию являются лазеры с торцевым излучением. Но, такие устройства занимают слишком много места на подложке микросхемы, кроме того их зеркала весьма сложны в производстве. Поэтому, ученые обратились к альтернативному решению — лазеру с поверхностным излучением.

При длине волны оптических коммуникаций 1,5 мкм этот лазер также будет возвышаться над подложкой на 20-30 мкм, однако, был найден способ миниатюризировать его конструкцию. С этой целью исследователи предложили заменить многие слои распределенного рефлектора Брэгга двумя высокоотражающими зеркалами на основе фотонных кристаллов. Такое зеркало состоит из полупроводника с квантовыми ямами и удерживается в нужной позиции кремниевыми наномембранами — тончайшими слоями кремния, наносимыми методом термопечати.

Как отмечают участники проекта, один слой фотонного кристалла эквивалентен 15-30 слоям диэлектрических отражателей в обычных лазерах. В результате их применения оказалось возможным изготовить лазеры высотой 2 мкм, эквивалентные по возможностям своим гораздо более объемным традиционным аналогам.

Термопечать выполняется при гораздо более низких температурах, чем те, которые требуются для выращивания рефлекторов для обычных лазеров. Таким образом, уменьшается риск повреждения чипа при внедрении оптических соединений, снижается расход времени, ресурсов и выход отбракованной продукции.

По итогам работы подготовлена публикация, размещенная 22 июля в журнале Nature Photonics.

Промышленным внедрением разработанного технологического процесса создания функциональных встроенных лазеров с фотонными мембранами займется стартап Semerane, зарегистрированный в Техасе.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365