Vật liệu bán dẫn thường được sử dụng trong các thiết bị truyền 7m tỷ lệ bóng đá quang học bao gồm chất bán dẫn hỗn hợp Nhóm III-V và silicon. Chất bán dẫn hỗn hợp Nhóm III-V, bao gồm các nguyên tố thuộc Nhóm III và V của bảng tuần hoàn, được đánh giá cao về đặc tính phát xạ của chúng và được sử dụng trong các nguồn sáng, bộ điều biến và bộ tách sóng quang tốc độ cao và hiệu suất cao. Mặt khác, silicon mang lại sự dễ dàng xử lý. Các thiết bị được chế tạo từ quang tử silicon dẫn đến việc thu nhỏ các thiết bị 7m tỷ lệ bóng đá qua tích hợp mật độ cao và cắt giảm chi phí nhờ sử dụng các tấm bán dẫn có đường kính lớn. Cả hai vật liệu này đều đóng vai trò quan trọng trong cơ sở hạ tầng viễn 7m tỷ lệ bóng đá và trung tâm dữ liệu.

Tuy nhiên, các thiết bị quang học này thường được chế tạo bằng một vật liệu duy nhất và hiệu suất của thiết bị đang đạt đến giới hạn. Việc hỗ trợ truyền tải tốc độ cao và dung lượng cao trong tương lai bằng các thiết bị quang học đơn vật liệu 7m tỷ lệ bóng đá thường đòi hỏi phải sử dụng một số thiết bị quang học, đặt ra thách thức lớn đối với việc bảo tồn năng lượng và không gian.

Để vượt qua thử thách này, chúng tôi đã tập trung tích hợp vật liệu không đồng nhất, kết hợp lợi ích của thiết bị bán dẫn hỗn hợp Nhóm III-V và thiết bị quang tử silicon.

Bước đầu tiên, chúng tôi đã chế tạo nguyên mẫu laser có thể điều chỉnh bước sóng bằng cách tích hợp các vật liệu không đồng nhất. Tia laser này rất quan trọng đối với truyền 7m tỷ lệ bóng đá quang học ghép kênh bước sóng, có thể làm thay đổi bước sóng ánh sáng. Quá trình sản xuất của nó bao gồm các tấm liên kết của các vật liệu khác nhau và xử lý chất bán dẫn. Đối với quá trình liên kết, chúng tôi đã liên kết một tấm bán dẫn hỗn hợp Nhóm III-V, có tinh thể phát xạ ánh sáng làm vùng khuếch đại, trên một tấm bán dẫn quang tử silicon, bao gồm một ống dẫn sóng quang truyền ánh sáng, một gương vòng phản xạ ánh sáng và một bộ cộng hưởng vòng chỉ cho phép ánh sáng ở một bước sóng cụ thể đi qua. Kỹ thuật này cho phép tích hợp mật độ cao hơn và suy hao ghép nối thấp hơn so với các phương pháp khác.

Sau đó, chất bán dẫn được xử lý để tạo điều kiện cho mối nối liền mạch, tổn thất tối thiểu giữa vùng khuếch đại và mạch quang tử silicon 7m tỷ lệ bóng đá qua ống dẫn sóng côn hai giai đoạn. Cấu trúc này, bao gồm hai côn mở rộng dần dần, cho phép chuyển đổi hình dạng ánh sáng dần dần đồng thời giảm thiểu hiện tượng mất khớp nối của các ống dẫn sóng hình dạng và vật liệu riêng biệt. Các côn được định vị giữa vùng khuếch đại và mạch quang silicon để kết nối với nhau. Cải tiến này không chỉ giúp giảm suy hao ghép nối mà còn duy trì đầu ra quang học ổn định trên phạm vi bước sóng rộng, nhờ đó đảm bảo hoạt động ổn định.

Tổng quan về laser lai điều chỉnh InP/Si sử dụng liên kết wafer và cấu trúc ghép quang InP/Si

Để giải quyết nhu cầu truyền dữ liệu ngày càng tăng, chúng tôi đã khám phá các thiết bị quang học tích hợp thiết bị bán dẫn hỗn hợp Nhóm III-V với thiết bị quang tử silicon. Laser điều chỉnh bước sóng nguyên mẫu được tích hợp với các vật liệu không đồng nhất đã khẳng định khả năng điều chỉnh bước sóng cao và mức tiêu thụ điện năng thấp.

Chúng tôi đang thực hiện bước tiếp theo bằng cách nghiên cứu các thiết bị quang học nhỏ gọn tích hợp nhiều thành phần chức năng khác nhau trên một con chip. Hiện tại, sự hợp tác trong và ngoài Công ty, bao gồm cả nghiên cứu chung với các trường đại học, đang hỗ trợ các hoạt động của chúng tôi. Chúng tôi sẽ tiếp tục thúc đẩy nghiên cứu và phát triển một cách đều đặn, giải quyết từng vấn đề một để công nghệ của chúng tôi có thể góp phần hiện thực hóa một xã hội 7m tỷ lệ bóng đá minh thịnh vượng.

Cùng đồng nghiệp cấp cao

[Giấy] T. Hiratani, N. Fujiwara, T. Kikuchi, N. Inoue, T. Ishikawa, T. Nitta, M. Eissa, Y. Oiso, N. Nishiyama và H. Yagi, "Các tia laser có thể điều chỉnh lai khoang III-V Gain/Si với sườn hai tầng dựa trên InP cấu trúc," ISLC 2021, giấy TuA3-6 (2021).

[Giấy] T. Kikuchi, T. Hiratani, N. Fujiwara, N. Inoue, T. Nitta, M. Eissa, T. Mitarai, Y. Wang, Y. Oiso, N. Nishiyama và H. Yagi, "Laser lai vùng khuếch đại III-V/ống dẫn sóng Si với cấu trúc sườn núi hai tầng dựa trên InP bằng công nghệ liên kết trực tiếp," Jpn. 052002-1-10 (2022).