Российские ученые впервые объединили микродисковый лазер и волновод на одной площадке

Результаты исследования опубликованы в издании «Физика и техника полупроводников». Все возрастающие требования к скорости и объему передаваемой информации диктуют необходимость усовершенствования существующих способов связи. Фотонные интегральные схемы (ФИС), использующие свет для передачи информации, работают быстрее, меньше нагреваются, более устойчивы к помехам и потребляют меньше энергии по сравнению с аналогами, использующими электроны для передачи информации.

Однако для их успешного применения необходимы эффективные и миниатюрные источники света, такие как микродисковые лазеры на основе арсенида галлия (GaAs). Длина классического лазера Фабри — Перо — около одного миллиметра, а микродисковый лазер может быть меньше в 1000 раз. В представленной работе размер лазера был уменьшен до 40–30 мкм.

Для успешной реализации оптической связи на ФИС необходим эффективный направленный вывод излучения. Направленного излучения можно добиться с помощью оптической связи микролазеров с волноводом, который расположен очень близко. Авторы статьи спроектировали и изготовили и микролазер, и волновод из одной эпитаксиальной структуры, что позволило дополнительно уменьшить их размер и повысить стабильность работы.

«Создание микродисковых лазеров, сопряженных с волноводом, — сложная задача. Необходимо создать тонкопленочную эпитаксиальную структуру заданного состава. В нашем случае мы использовали газофазную эпитаксию из металл-органических соединений, метод послойного формирования кристаллов разных веществ на поверхности друг друга. Из полученной структуры формировались лазеры и волноводы.

Это стало возможно благодаря разработкам Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В. Г. Мокерова РАН. Все эти процессы потребовали использования высокотехнологичного оборудования и работы целой группы опытных, талантливых и квалифицированных специалистов», — рассказал Никита Фоминых, младший научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге.

Помимо источников излучения, для функционирования ФИС необходимы и приемники. Эту роль в работе выполняют волноводные фотодетекторы. Таким образом, появляется возможность создать оптопару микролазер — волноводный фотодетектор с согласованной рабочей длиной волны на одной пластине. Размер фотодетектора, который был использован в оптопаре, не превышал 90 мкм, что позволило создать очень компактную и энергоэффективную оптопару.

«Микродисковые лазеры — уникальные оптоэлектронные приборы. При размере, сравнимом с диаметром нити паутины, они могут выдавать достаточно большую оптическую мощность. Мы экспериментально показали, что все необходимые для фотонной интегральной схемы оптоэлектронные компоненты — микродисковый лазер, волновод и фотодетектор — могут быть изготовлены из одной эпитаксиальной гетероструктуры, на одной основе», — говорит одна из авторов статьи, заведующая Международной лабораторией квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Наталья Крыжановская.

НИУ ВШЭ

354 статей

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» — один из крупнейших и самых востребованных вузов России. В университете учится 54 тысячи студентов и работает почти 4,5 тысячи учёных и преподавателей. НИУ ВШЭ ведёт фундаментальные и прикладные исследования в области социально-экономических, гуманитарных, юридических, инженерных, компьютерных, физико-математических наук, а также креативных индустрий. В университете действуют 47 центров превосходства, или международных лабораторий. Вышка объединяет ведущих мировых исследователей в области изучения мозга, нейротехнологий, биоинформатики и искусственного интеллекта. Университет входит в первую группу программы «Приоритет-2030» в направлении «Исследовательское лидерство». Кампусы НИУ ВШЭ расположены в четырех городах — Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде и Перми, а также в цифровом пространстве — «Вышка Онлайн».

Показать больше