Nuove sorgenti luminose su chip per la fotonica del silicio

La necessità di alti tassi di dati e dispositivi ottici più compatti a costi più bassi è stata la principale forza trainante in quanto a integrazione tra fotonica e chip di silicio. Fino ad oggi, molti dispositivi ottici efficienti come filtri, modulatori, multiplexer e rilevatori sono stati sviluppati sfruttando la tecnologia del silicio allo stato dell’arte.

Con lo sviluppo di nuove fonti di luce, le quali costituiscono altri principali elementi ricetrasmettitori, e mediante la loro corretta integrazione su chip di silicio, il progetto HYSSOP (Hybrid III-V/silicon laser for the future generation of photonic integrated circuits) ha cercato di superare l’ostacolo principale relativo al diffuso utilizzo della fotonica del silicio. L’obiettivo era lo sviluppo di laser a semiconduttore in silicio e materiali semiconduttori del gruppo III-V. Le guide d’onda di silicio sono state create su un wafer di silicio su isolante, successivamente fuso in un wafer di semiconduttori epitassiali di tipo III-V.

Il team del progetto ha dimostrato con successo il potenziale di diversi laser ibridi al silicio per applicazioni che vanno dalla breve interconnessione ottica alla trasmissione ottica a lunga distanza.

I laser a retroazione distribuita (DFB) integrati con modulatori ad alta velocità costituiscono un’applicazione emergente a 100 Gb Ethernet. Gli scienziati hanno presentato un modulo ricetrasmettitore conforme agli standard con un laser ibrido al silicio DFB da 25 mW funzionante a 1 550 nm, integrato con un modulatore. La potenza in uscita ha superato la soglia dei 10 mW prevista per questo standard.

Un altro importante risultato è stato lo sviluppo di laser sintonizzabili ibridi al silicio che possono essere utilizzati sia come trasmettitore che come ricevitore nell’ottica a lungo raggio. Gli scienziati hanno svolto un lavoro approfondito per dimostrare le caratteristiche dei laser altamente sintonizzabili e con alta potenza in uscita. Al fine di raggiungere il valore della potenza richiesta per le comunicazioni a lunga distanza, il team ha accoppiato al laser un amplificatore ottico con semiconduttore ibrido a basso rumore, incrementando significativamente la potenza.

Grazie al loro basso costo, i laser sintonizzabili direttamente modulati costituiscono un’attrattiva interessante per l’impiego nelle reti di accesso. Il team ha sviluppato con successo tali laser per fibre monomodali a 10 Gb/s fino a 25 km.

La fotonica del silicio è destinata a rivoluzionare le telecomunicazioni e le comunicazioni dati nel corso dei prossimi 10 anni. Il progetto HYSSOP ha contribuito a ciò in modo significativo. Utilizzando punti o dash quantici anziché pozzi quantici, come materiale attivo per i laser ibridi, si potrebbe ottenere dispositivi con maggiore potenza e minor rumore.