Nouveau laser rend silicium « sing »
Les scientifiques de Yale ont créé un nouveau type de laser au silicium qui utilise des ondes sonores pour amplifier la lumière.
Ces dernières années, il y a eu un intérêt croissant pour la traduction des technologies optiques - telles que les fibres optiques et les lasers à espace libre - en de minuscules circuits intégrés optiques ou «photoniques». L'utilisation de la lumière plutôt que de l'électricité pour les circuits intégrés permet d'envoyer et de traiter des informations à des vitesses qui seraient impossibles avec l'électronique conventionnelle. Les chercheurs affirment que les circuits optiques photoniques au silicium à base de puces de silicium sont l'une des principales plates-formes pour ces technologies, grâce à leur compatibilité avec la microélectronique existante.
«Nous avons assisté à une explosion de la croissance des technologies photoniques au silicium au cours des dernières années», a déclaré un professeur agrégé de physique appliquée à Yale, qui a dirigé la recherche. «Nous commençons non seulement à voir ces technologies entrer dans des produits commerciaux qui aident nos centres de données à fonctionner sans problème, mais nous découvrons aussi de nouveaux dispositifs et technologies photoniques qui pourraient transformer tout, de la biodétection à l'information quantique sur une puce. pour le champ. »
Les chercheurs ont déclaré que cette croissance rapide a créé un besoin urgent de nouveaux lasers au silicium pour alimenter les nouveaux circuits - un problème qui a été historiquement difficile en raison de la bande passante indirecte du silicium. «Les propriétés intrinsèques du silicium, bien que très utiles pour de nombreuses technologies optiques à l'échelle des puces, rendent extrêmement difficile la génération de lumière laser en utilisant le courant électrique», explique un étudiant diplômé du laboratoire et premier auteur de l'étude. «C'est un problème qui contrecarré les scientifiques depuis plus d'une décennie. Pour contourner ce problème, nous devons trouver d'autres méthodes pour amplifier la lumière sur une puce. Dans notre cas, nous utilisons une combinaison de la lumière et des ondes sonores. »
La conception laser corrige la lumière amplifiée à l'intérieur d'une piste de course en la piégeant dans un mouvement circulaire. « La conception de la piste était un élément clé de l'innovation. Ainsi, nous pouvons maximiser l'amplification de la lumière et de fournir la rétroaction nécessaire pour produire un effet laser à », a déclaré.
Pour amplifier la lumière avec le son, le laser au silicium utilise une structure spéciale développée dans le laboratoire. « Il est essentiellement un guide d'ondes à l'échelle nanométrique qui est conçu pour confiner est dirigé à la fois des ondes lumineuses et sonores et de maximiser leur interaction », a dit.
« Ce qui est unique au sujet de ce guide est qu'il ya deux canaux distincts pour la lumière à se propager », a ajouté, co-auteur de l'étude et un étudiant diplômé en laboratoire. « Cela nous permet de façonner le couplage de la lumière-son d'une manière qui permet remarquablement robuste et modèles laser flexibles. »
Sans ce type de structure, les chercheurs ont expliqué, l'amplification de la lumière en utilisant le son ne serait pas possible dans le silicium. « Nous avons pris des interactions sonores lumière qui étaient pratiquement absentes dans ces circuits optiques, et les avons transformé dans le mécanisme d'amplification la plus forte dans le silicium, » a dit. « Maintenant, nous sommes en mesure de l'utiliser pour de nouveaux types de technologies laser pas d'une pensée possible il y a 10 ans. »
Le développement du nouveau laser comportait deux défis principaux: «Tout d'abord, concevoir et fabriquer un appareil dont l'amplification dépasse la perte, puis déterminer la dynamique contre-intuitive de ce système», a-t-il déclaré. « Ce que nous observons est que si le système est clairement un laser optique, il génère également très cohérentes ondes hypersoniques. »
L'équipe de recherche a déclaré que ces propriétés peuvent conduire à un certain nombre d'applications potentielles allant des oscillateurs intégrés aux nouveaux schémas d'encodage et de décodage des informations. « En utilisant le silicium, nous pouvons créer une multitude de modèles laser, chacun avec une dynamique unique et les applications potentielles », a déclaré le co-auteur. « Ces nouvelles fonctionnalités élargissent considérablement notre capacité à contrôler et façonner la lumière dans les circuits photoniques de silicium. »
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