Mae sglodion ffotonig gyda laserau cwantwm yn cael eu hadeiladu o'r diwedd heb ailgynllunio'r system gyfan
Mae'r laserau hyn yn gweithio'n uniongyrchol ar silicon ac yn dal i oroesi gwres uchel am dros chwe blynedd
Llenwodd ymchwilwyr o Brifysgol California y bwlch laser â pholymerau a rheolaeth pelydr manwl gywir ar-sglodion
Gallai dull gwneuthuriad newydd wneud cylchedau ffotonig yn rhatach ac yn fwy ymarferol trwy integreiddio laserau dot cwantwm (QD) yn uniongyrchol i sglodion silicon, proses a allai ddylanwadu ar sut mae dyfeisiau cartref craff, tracwyr ffitrwydd, a hyd yn oed gliniaduron yn cael eu peiriannu.
Cyflawnodd y tîm ymchwil, dan arweiniad Rosalyn Koscica ym Mhrifysgol California, hyn trwy gyfuno tair strategaeth allweddol.
Fe wnaethant ddefnyddio cyfluniad laser poced ar gyfer integreiddio uniongyrchol, dilyn dull twf dau gam yn cynnwys dyddodiad anwedd cemegol metalorganig ac epitacsi trawst moleciwlaidd, a chyflwyno techneg llenwi bwlch polymer i leihau lledaeniad trawst optegol.
Cau'r bwlch gyda pheirianneg ofalus
Mae'r datblygiad hwn yn mynd i'r afael â heriau hirsefydlog sy'n ymwneud ag anghydnawsedd materol ac aneffeithlonrwydd cyplu sydd yn hanesyddol wedi cyfyngu ar berfformiad a scalability systemau ffotonig integredig.
Fe wnaeth yr ymdrechion cyfunol leihau'r bwlch rhyngwyneb cychwynnol a'i gwneud hi'n bosibl i laserau weithredu'n ddibynadwy ar sglodion ffotonig silicon.
Fel y mae'r ymchwilwyr yn nodi, "Mae cymwysiadau cylched integredig ffotonig (PIC) yn galw am ffynonellau golau sglodion ar- gydag ôl troed dyfais fach i ganiatáu integreiddio cydrannau mwy dwys."
Mae'r dull newydd yn galluogi newid modd sefydlog sengl ar amledd band O, sy'n addas iawn ar gyfer cyfathrebu data mewn canolfannau data a systemau storio cwmwl.
Trwy integreiddio'r laserau yn uniongyrchol â chyseinyddion cylch wedi'u gwneud o silicon neu ddefnyddio adlewyrchyddion Bragg dosbarthedig o silicon nitrid, mae'r tîm hefyd wedi mynd i'r afael â materion yn ymwneud ag aliniad ac adborth optegol.
Un o'r canfyddiadau mwyaf syfrdanol o'r ymchwil yw pa mor dda y mae'r laserau'n perfformio o dan wres.
"Dangosodd ein laserau QD integredig dymheredd uchel yn para hyd at 105 gradd a rhychwant oes o 6.2 mlynedd wrth weithredu ar dymheredd o 35 gradd," meddai Ms Koscica.
Mae'r metrigau perfformiad hyn yn awgrymu lefel o sefydlogrwydd thermol a oedd yn anodd ei gyflawni o'r blaen gyda chynlluniau integredig monolithig.
Mae'r gwydnwch thermol hwn yn agor y drws i gymwysiadau mwy gwydn mewn-amgylcheddau go iawn, lle gall amrywiadau tymheredd gyfyngu ar ddibynadwyedd cydrannau ffotonig.
Gall hefyd leihau'r angen am oeri gweithredol, sydd yn draddodiadol wedi ychwanegu cost a chymhlethdod at ddyluniadau'r gorffennol.
Y tu hwnt i berfformiad, mae'n ymddangos bod y dull integreiddio yn addas iawn ar gyfer gweithgynhyrchu ar raddfa fawr.
Oherwydd y gellir gweithredu'r dechneg mewn ffowndrïau lled-ddargludyddion safonol ac nad oes angen newidiadau mawr i'r bensaernïaeth sglodion sylfaenol, mae'n addo ei mabwysiadu'n ehangach.
Mae'r ymchwilwyr yn dadlau bod y dull yn "gost-effeithiol" ac "yn gallu gweithio ar gyfer ystod o ddyluniadau sglodion integredig ffotonig heb fod angen addasiadau helaeth neu gymhleth."
Wedi dweud hynny, mae'n debygol y bydd y dull yn wynebu craffu o ran cysondeb ar draws wafferi mawr a chydnawsedd â systemau ffotonig masnachol.
Hefyd, nid yw llwyddiant mewn amgylcheddau labordy rheoledig yn gwarantu defnydd di-dor mewn lleoliadau gweithgynhyrchu màs.
Eto i gyd, mae'r cyfuniad o ddyluniad laser cryno, cydnawsedd â phrosesau confensiynol, ac integreiddio ymarferoldeb band O-yn gwneud y datblygiad hwn yn nodedig.
O ganolfannau data i synwyryddion uwch, gallai'r integreiddiad laser sy'n gydnaws â silicon ddod â chylchedau ffotonig yn nes at hyfywedd y farchnad màs.
