研究人员开发全光方法来泵浦基于芯片的纳米激光器

研究人员开发了一种新的全光学方法来驱动多个高密度纳米激光阵列。该方法可以使基于芯片的光通信链路能够比当今基于电子的设备更快地处理和移动数据。

高丽大学研究小组组长Myung-KiKim表示：“配备高密度纳米激光器的光学互连的发展将改善数据中心的信息处理，从而在互联网上传输信息。”

“这可以允许超高清电影的流媒体播放，实现更大规模的在线互动和游戏，加速物联网的扩展，并提供大数据分析所需的快速连接。”

这项发表在Optica上的研究表明，密集集成的纳米激光器阵列(其中激光器之间的间距仅为18微米)可以完全由来自单根光纤的光驱动和编程。

“集成到芯片上的光学设备是电子集成设备的有前途的替代品，电子集成设备正在努力跟上当今的数据处理需求，”Kim说。

“通过消除通常用于驱动激光阵列的大而复杂的电极，我们减小了激光阵列的整体尺寸，同时还消除了基于电极的驱动器带来的热量产生和处理延迟。”

用光代替电极

新型纳米激光器可用于光学集成电路系统，该系统通过光检测、生成、传输和处理微芯片上的信息。光学电路使用光波导代替电子芯片中使用的细铜线，它允许更高的带宽，同时产生更少的热量。然而，由于光学集成电路的尺寸正在迅速达到纳米级，因此需要新的方法来有效地驱动和控制其纳米尺寸的光源。

要发光，需要在称为泵浦的过程中为激光器提供能量。对于纳米激光器阵列，这通常是通过为阵列中的每个激光器使用一对电极来实现的，这需要大量的片上空间和能量消耗，同时还会导致处理延迟。

为了克服这一关键限制，研究人员用一种独特的光学驱动器取代了这些电极，该驱动器通过干涉产生可编程的光模式。这种泵浦光通过打印有纳米激光器的光纤传播。

为了证明这种方法，研究人员使用高分辨率转印技术制造了多个相距18微米的光子晶体纳米激光器。这些阵列被应用到2微米直径的光学微纤维的表面上。

这必须以纳米激光阵列与干涉图案精确对齐的方式进行。也可以通过调整驱动光束的偏振和脉冲宽度来修改干涉图案。

单纤激光驱动

实验表明，该设计允许使用穿过单根光纤的光来驱动多个纳米激光器阵列。结果与数值计算吻合良好，表明打印的纳米激光阵列可以完全由泵浦光束干涉图案控制。

“我们的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，这可以在芯片到芯片或片上光互连的发展中发挥关键作用，”Kim说。

“然而，有必要证明硅波导的模式是如何独立控制的。如果能够做到这一点，那将是片上光互连和光集成电路进步的巨大飞跃。”