高密度纳米激光阵列诞生！可通过单根光纤输出光高效驱动

2022-12-27 11:19

当下，用于光学电路的光波导已经能够比用于电子芯片的细铜线实现更高的带宽，并且产生更少的热量。但另一方面，光学集成电路的尺寸正迅速达到纳米级——这就需要科学界去发现能够有效驱动和控制纳米光源的新方法。

为了满足这一需求，韩国高丽大学的研究人员开发了一种驱动多个高密度纳米激光阵列的全光学方法，可以实现基于芯片的光通信链路，其处理、传输数据的速度比当前的电子设备更快。

用光代替电极

在这项发表于《光学》（Optica）杂志上的研究中，光纤的使用消除了对通常用于驱动激光阵列的大而复杂电极的需求。实验操作中，密集集成的纳米激光阵列（其中激光之间的距离仅为18微米）可以完全由一根光纤发出的光来进行驱动和编程。

高丽大学研究小组组长Myung－Ki Kim表示：“集成到芯片上的光学设备正成为电子集成设备的潜在替代品之一，当下电子集成设备不得不努力跟上最新的数据处理需求。通过消除通常用于驱动激光阵列的大而复杂的电极，我们缩小了激光阵列的整体尺寸，同时也消除了电极驱动器带来的热量输出和处理延迟。”

Myung－Ki Kim介绍称，配备高密度纳米激光器的光学互连技术的开发，将改善数据中心的信息处理效率。这不仅可以实现超高清电影的流媒体，实现更大规模的在线互动和游戏，还能够加速物联网的扩张，并为大数据分析提供所需的快速连接。

为了顺利出光，激光需要在泵浦过程中获得能量供应。对于纳米激光阵列而言，这通常是使用阵列内每个激光的一对电极来完成的，这就需要占用大量的芯片空间并消耗大量的能量，同时也会导致处理延迟。研究人员用一种独特的光驱取代了这些电极，这种光驱可以通过干涉产生可编程的光模式。这种泵浦光可以沿着光纤传播到打印出来的纳米激光器上。

韩国研究人员使用高分辨率转移打印技术制造了间隔18微米的多个光子晶体纳米激光器。这些阵列被应用到直径为2微米的光纤表面，这必须以一种使纳米激光阵列与干涉图案精确对齐的方式来完成。通过调节驱动光束的偏振和脉宽，也可以对干涉图样进行修正。

单光纤激光驱动

实验表明，该设计可以通过单根光纤输出的光来驱动多个纳米激光阵列。另外，结果与数值计算结果吻合较好，这表明打印的纳米激光阵列可以完全由泵浦光干涉图样来进行控制。

研究团队表示，全光激光驱动和编程技术也可以应用于基于芯片的硅光子系统，这可能在芯片到芯片或芯片上光学互连的发展中发挥关键作用。接下来，他们仍需要证明硅波导的模式是如何独立控制的。如果能做到这一点，将有望带来片上光学互连和光集成电路发展的巨大飞跃。