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来源:加州大学圣巴巴拉分校 简介: 十年后的未来。这是一位电子和计算机工程教授和他的研究团队最近在硅上开发的锁模量子点激光器所取得的进展。这种技术不仅可以大大提高未来数据中心、电信公司和网络硬件产品的数据传输能力，而且具有硅光子学的高稳定性、低噪声和能源效率。 十年后的未来。这就是加州大学圣巴巴拉分校电子和计算机工程教授约翰·鲍尔斯和他的研究团队最近在硅上开发的锁模量子点激光器所取得的进展。这种技术不仅可以大大提高未来数据中心、电信公司和网络硬件产品的数据传输能力，而且具有硅光子学的高稳定性、低噪声和能源效率。 “世界上的数据流量正在以非常、非常快的速度增长，”鲍尔斯说。他解释说，一般来说，最先进的电信基础设施的传输和数据容量必须大约每两年翻一番，才能保持高水平的性能。这意味着，即便是现在，英特尔(Intel)和思科(Cisco)等科技公司也必须将目光投向2024年以后的硬件市场，以保持竞争力。 进入鲍尔斯小组的高通道计数，20千兆赫，被动锁模量子点激光器，直接生长——据该小组所知，这是第一次——在硅衬底上。它已被证明具有每秒4.1兆比特的传输能力，比目前的数据传输最佳商业标准整整超前了整整10年，目前以太网的数据传输速度达到每秒400gb。 该技术是一种名为波分复用(WDM)的成熟技术中最新的高性能候选技术。波分复用利用不同的波长(颜色)在一根光纤上传输大量并行信号。它使我们的通信、娱乐和商业所依赖的流媒体和快速数据传输成为可能。 鲍尔斯集团的这项新技术利用了电信、光子学和材料等领域的一些进展，利用其量子点激光器——一种微小的、微米大小的光源——可以发射出大范围的光波，通过这种光波可以传输数据。 “我们希望在一种廉价光源中产生更多的相干波长，”鲍尔斯团队的博士后研究员、论文第一作者刘松涛说。“量子点可以提供广泛的增益频谱，这就是为什么我们可以实现很多通道。”他们的量子点激光器产生64个通道，间距为20 GHz，可以用作发射机来提高系统容量。 该激光器被被动地“锁模”——一种产生具有固定通道间距的相干光学“梳”的技术——以防止激光腔内波长竞争产生噪声，并稳定数据传输。 这种技术代表了一个重要的发展领域的硅电子和光子集成电路的主要目标是创建组件,使用光(光子)和波导——无与伦比的数据容量和传输速度以及能源效率,甚至相反的电子和电线。硅是一种很好的材料，因为它可以引导和保存光线的质量，而且易于和低成本的大规模制造。然而，它不太适合产生光。 “如果你想高效地产生光，你就需要直接带隙半导体，”刘说，他指的是发光固体的理想电子结构特性。硅是一种间接带隙半导体。鲍尔斯集团的量子点激光器是在加州大学圣巴巴拉分校的纳米制造设施中，一个分子一个分子地生长在硅分子上。这种结构除了硅本身众所周知的光学和制造优势外，还利用了几种半导体材料的电子性能和功能(包括它们的直接带隙)。 随着科技公司寻求提高数据容量和传输速度的途径，这种量子点激光器以及类似的器件预计将成为电信和数据处理领域的规范。 “数据中心现在正在购买大量的硅光子收发器，”鲍尔斯指出。“两年前，一切从零开始。” 自从鲍尔斯10年前展示了世界上第一种混合硅激光器(与英特尔合作的成果)以来，硅光子学领域一直致力于创造更高效率、更高性能的技术，同时保持尽可能小的足迹，着眼于大规模生产。鲍尔斯和刘说，硅上的量子点激光器是最先进的技术，它能提供未来设备所需要的卓越性能。 “我们的目标还很遥远，”鲍尔斯说，他是弗雷德·卡维利纳米技术的主席，“这是大学研究应该做的。” 加州大学圣巴巴拉分校的吴心如、郑大万、诺曼、甘乃德、曾俊华议员及哥萨德亦就该计划进行研究。 |
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