«Уровень трафика данных в мире растет очень, очень быстро», – сказал Бауэрс, соавтор статьи о новой технологии в журнале Optica. В целом, пояснил он, пропускная способность современной телекоммуникационной инфраструктуры должна удваиваться примерно каждые два года, чтобы поддерживать высокий уровень производительности. Это означает, что даже сейчас технологические компании, такие как Intel и Cisco, должны нацеливаться на оборудование 2024 года и далее, чтобы оставаться конкурентоспособными.
Представляем вашему вниманию лазер на квантовых точках с большим числом каналов, 20 гигагерц, с пассивной синхронизацией мод, выращенный непосредственно – впервые, насколько известно группе – на кремниевой подложке.
С проверенными 4.Пропускная способность передачи данных составляет 1 терабит в секунду, что примерно на целое десятилетие опережает нынешний лучший коммерческий стандарт передачи данных, который в настоящее время достигает 400 гигабит в секунду в сети Ethernet.
Эта технология является последним высокопроизводительным кандидатом в устоявшуюся технику, называемую мультиплексированием с разделением по длине волны (WDM), которая передает множество параллельных сигналов по одному оптическому волокну с использованием разных длин волн (цветов). Это сделало возможными потоковую передачу и быструю передачу данных, на которые мы привыкли при общении, развлечениях и торговле.
Новая технология Bowers Group использует преимущества нескольких достижений в области телекоммуникаций, фотоники и материалов с помощью лазера на квантовых точках – крошечного источника света микронного размера, который может излучать свет в широком диапазоне длин волн, по которым могут передаваться данные.
«Мы хотим, чтобы в одном дешевом источнике света было больше когерентных длин волн», – сказал Сонгтао Лю, научный сотрудник Bowers Group и ведущий автор статьи. «Квантовые точки могут предложить вам широкий спектр усиления, и поэтому мы можем реализовать множество каналов.«Их лазер на квантовых точках создает 64 канала, разнесенных на 20 ГГц, и может использоваться в качестве передатчика для увеличения пропускной способности системы.
Лазер имеет пассивную синхронизацию мод – метод, который генерирует когерентные оптические гребешки с фиксированным разносом каналов – для предотвращения шума от конкуренции длин волн в резонаторе лазера и стабилизации передачи данных.
Эта технология представляет собой значительный прогресс в области кремниевых электронных и фотонных интегральных схем, основной целью которых является создание компонентов, использующих свет (фотоны) и волноводы – беспрецедентных по объему данных и скорости передачи, а также по энергоэффективности. рядом и даже вместо электронов и проводов.
Кремний – хороший материал благодаря качеству света, который он может направлять и сохранять, а также простоте и дешевизне его крупномасштабного производства. Однако это не так хорошо для генерации света.
«Если вы хотите эффективно генерировать свет, вам нужен полупроводник с прямой запрещенной зоной», – сказал Лю, имея в виду идеальные свойства электронной структуры для светоизлучающих твердых тел. «Кремний – полупроводник с непрямой запрещенной зоной.«Лазер на квантовых точках Bowers Group, выращенный на основе кремния молекула за молекулой на нано-производственном предприятии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, представляет собой структуру, которая использует преимущества электронных свойств нескольких полупроводниковых материалов для повышения производительности и функциональности (включая их прямые запрещенные зоны), в дополнение к хорошо известным оптическим и производственным преимуществам кремния.
Ожидается, что этот лазер на квантовых точках и подобные ему компоненты станут нормой в сфере телекоммуникаций и обработки данных, поскольку технологические компании ищут способы улучшить свою емкость и скорость передачи данных.
«Центры обработки данных сейчас закупают большое количество кремниевых фотонных трансиверов», – отметил Бауэрс. "И все началось два года назад."
С тех пор как 10 лет назад Бауэрс продемонстрировал первый в мире гибридный кремниевый лазер (совместная работа с Intel), мир кремниевой фотоники продолжал создавать более эффективные и высокопроизводительные технологии, сохраняя при этом как можно меньшие размеры, с прицелом на массовое производство. Лазер с квантовыми точками на кремнии, по словам Бауэрса и Лю, представляет собой новейшую технологию, обеспечивающую превосходную производительность, которая будет востребована для устройств будущего.
«Мы снимаем далеко, – сказал Бауэрс, заведующий кафедрой нанотехнологий Фреда Кавли, – и это то, чем должны заниматься университетские исследования."
Исследования по этому проекту также проводились Синру Ву, Дэхван Юнг, Джастином Норманом, М.Дж.
Кеннеди, Хон К. Цанг и Артур C. Госсард в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре.