"Разработка оптических межсоединений, оснащенных нанолазерами высокой плотности, улучшила бы обработку информации в центрах обработки данных, которые перемещают информацию через Интернет", - сказал руководитель исследовательской группы Мен Ки Ким из Корейского университета. "Это могло бы обеспечить потоковую передачу фильмов сверхвысокой четкости, более масштабные интерактивные онлайн-встречи и игры, ускорить расширение Интернета вещей и обеспечить быстрое подключение, необходимое для анализа больших данных".

В Оптика В журнале высокоэффективных исследований издательской группы Optica исследователи демонстрируют, что плотно интегрированные нанолазерные матрицы, в которых лазеры находятся всего в 18 микронах друг от друга, могут полностью управляться и программироваться светом от одного оптического волокна.

"Оптические устройства, встроенные в чип, являются многообещающей альтернативой электронным интегрированным устройствам, которые изо всех сил пытаются соответствовать современным требованиям к обработке данных", - сказал Ким. "Отказавшись от больших и сложных электродов, обычно используемых для управления лазерными решетками, мы уменьшили общие размеры лазерной решетки, а также устранили тепловыделение и задержки обработки, которые возникают при использовании электродных драйверов".

Замена электродов светом

Новые нанолазеры могут быть использованы в системах оптических интегральных схем, которые обнаруживают, генерируют, передают и обрабатывают информацию на микрочипе с помощью света. Вместо тонких медных проводов, используемых в электронных чипах, в оптических схемах используются оптические волноводы, которые обеспечивают гораздо более высокую пропускную способность при меньшем выделении тепла. Однако, поскольку размеры оптических интегральных схем быстро приближаются к нанометровому режиму, существует потребность в новых способах эффективного управления их наноразмерными источниками света.

Чтобы излучать свет, лазеры должны быть снабжены энергией в процессе, называемом накачкой. Для матриц нанолазеров это обычно достигается с использованием пары электродов для каждого лазера в матрице, что требует значительного пространства на кристалле и потребления энергии, а также вызывает задержки в обработке. Чтобы преодолеть это критическое ограничение, исследователи заменили эти электроды уникальным оптическим драйвером, который создает программируемые световые паттерны с помощью интерференции. Этот свет накачки проходит через оптическое волокно, на которое наносятся нанолазеры.

Чтобы продемонстрировать этот подход, исследователи использовали технологию трансферной печати с высоким разрешением для изготовления нескольких фотонно-кристаллических нанолазеров, расположенных на расстоянии 18 микрон друг от друга. Эти матрицы были нанесены на поверхность оптической микрофибры диаметром 2 микрона. Это должно было быть сделано таким образом, чтобы точно выровнять матрицы нанолазеров с интерференционной картиной. Интерференционная картина также может быть изменена путем регулировки поляризации дальнего света и ширины импульса.

Лазерное управление с помощью одного волокна

Эксперименты показали, что конструкция позволяет управлять несколькими массивами нанолазеров с помощью света, проходящего через одно волокно. Результаты хорошо согласуются с численными расчетами и показали, что печатные нанолазерные матрицы могут полностью управляться интерференционными картинами пучка накачки.

"Наша полностью оптическая технология управления лазером и программирования также может быть применена к кремниевым фотонным системам на основе чипов, которые могут сыграть ключевую роль в разработке оптических межкристаллитных соединений", - сказал Ким. "Однако было бы необходимо доказать, насколько независимо можно управлять модами кремниевого волновода. Если это удастся сделать, это станет огромным скачком вперед в развитии встроенных оптических межсоединений и оптических интегральных схем".