Для перехода от полупроводниковой электроники к фотонике, в которой носителями информации являются элементарные частички света — фотоны (в электронике, как известно, носители информации — электроны), требуется, по крайней мере, на начальных этапах совместимость электронных и фотонных устройств. Поэтому сегодня наиболее перспективным технологическим направлением для создания фотонных устройств считается кремниевая технология, используемая в электронике. И, соответственно, материалом для лазеров (генераторов и усилителей оптических волн), которые предназначаются для использования в фотонных микросхемах, должен быть кремний.
Однако оказалось, что непрямая энергетическая щель в зонной структуре кремния, не влияющая на функциональность полупроводниковых электронных приборов, стала непреодолимой преградой для работы кремниевых оптических лазеров, поскольку она настолько снижала интенсивность оптической накачки лазера, что невозможно было обеспечить обратную связь, необходимую для генерации оптического излучения.
Над решением этой проблемы много лет работали в лаборатории Rakich Lab (названа по фамилии ее руководителя — доцента П. Т. Ракича) департамента прикладной физики Йельского университета, исследуя различные варианты конструктивного исполнения кремниевого лазера с временным сжатием методом вынужденного рассеяния Бриллюэна. Этот вид генератора оптического излучения, сокращенно называемого «лазером Бриллюэна», обычно применяется в случаях, когда необходимо получить пикосекундные (субнаносекундные) импульсы света высокой энергии. И вот в начале июня группа ученых Rakich Lab, в сотрудничестве с исследователями из департамента физики и астрономии Университета Северной Аризоны и департамента электротехнической и компьютерной инженерии Техасского университета в Остине опубликовала статью, в которой описан новый тип кремниевого лазера Бриллюэна, в котором для усиления оптического излучения используются звуковые волны.
Ключевым элементом «светозвукового» лазера стала изобретенная американскими учеными «трековая» структура, представляющая собой замкнутый «наноразмерный» волновод, обеспечивающий удержание как света, так и звуковых волн и их максимально эффективное взаимодействие. Лазер «гоняет» импульс света по кругу, вследствие чего в этом своеобразном резонаторе энергия звука перекачивается в оптический импульс, который достигает величины, достаточной для создания положительной обратной связи, необходимой для работы лазера.
Этот микроминиатюрный «светозвуковой лазер», благодаря его высокой энергоэффективности может использоваться в различных технологических решениях фотоники: от интегральных генераторов до схем кодирования/декодирования информации.
См. также:
- Что такое чиплеты и какую проблему с их использованием решили в AMD?
- Благодаря новому метаматериалу фильтры для оптических систем связи обретут ультраузкополосность и повышенную теплостойкость!
- Во всемирной гонке производительности суперкомпьютеров сменился лидер! А на каком месте Россия?