Минијатуризација и висока интеграција постају кључни предлог у развоју ласера

Да би се остварио циљ кохерентних утичних уређаја следеће генерације, подесиви ласери следеће генерације морају достићи потпуно нови ниво оптоелектронске интеграције.
Вреди напоменути да минијатуризација и интеграција ласера ​​није само изазов величине, већ што је још важније, како побољшати енергетску ефикасност ових ласера. Ево неких од предности које мали ласери нуде у смислу побољшане енергетске ефикасности:
Прво, мали ласери имају нижи радни напон и захтјеве струје. То је зато што високо интегрисани ласерски дизајни често користе напредне процесе и материјале који омогућавају много ниже граничне напоне и струје од традиционалних великих ласера.
Друго, компактан дизајн доприноси побољшаном одводу топлоте. У малим ласерима, раздаљина коју светлост путује унутар ласерског чипа је много краћа, што помаже да се минимизира губитак светлости и проблеми са расипањем топлоте.
Поред тога, високо интегрисани ласери могу смањити губитке спајања. У фотоници, спајање између оптике слободног простора и чипа је одувек представљало технички изазов. Интеграцијом више функција на једном чипу, нови ласери су у стању да избегну ово спајање и повезане губитке.
Фотонска интеграција је неопходна за смањење величине и потрошње енергије. Како је све више компоненти интегрисано у један чип, губици се постепено смањују и ефикасност оптичког примопредајника се повећава у складу са тим.
Успеси и изазови у технологији ласерске интеграције
Ласерска интеграцијска технологија која се може подесити је значајно напредовала током протекле деценије, у великој мери задовољавајући хитну потребу тржишта за мањом величином и већом интеграцијом.
У 2011. години, подесиви ласери су следили смернице Вишеизворног споразума (МСА) за интеграцију подесивих ласерских склопова (ИТЛА), у почетку демонстрирајући свој интеграциони потенцијал.
У 2015. години, подесиви ласери су додатно минијатуризовани и доведени на тржиште у облику компактних микро-ИТЛА-а који су само 22% величине оригиналног ИТЛА пакета, значајно смањујући величину уређаја.
У 2019. години, величина је додатно смањена појавом нано ИТЛА, модула који чини само 39% микро ИТЛА, што одражава континуитет и стални напредак у развоју технологије.

Слика 1: Еволуција кохерентне оптике подесивог фактора облика ласера ​​2011-2021
Упркос овим импресивним напретцима, технологија ласерске интеграције и даље се суочава са даљим изазовима интеграције, посебно у 100Г ЗР кохерентном приступном простору, где постоји све већа потражња за КСФП28 прикључним уређајима.
КСФП28 утични модули нуде нижу потрошњу енергије и мањи отисак од КСФП-ДД модула, тако да не би требало да користе исте ласере као КСФП-ДД модули. Оно што им је потребно - наменска ласерска решења са мањим отиском и мањом потрошњом енергије.

Слика 2: Поређење фактора форме КСФП-ДД и КСФП-28 за 100Г апликације
Да би се постигао овај циљ, развој монолитних ласера ​​постаје критичан.
У идеалном случају, такав ласер би могао да интегрише све кључне ласерске функције, укључујући појачање, ласерску шупљину и закључавање таласне дужине, на истом чипу, што би резултирало значајним повећањем интеграције, смањењем величине и смањењем потрошње енергије. Реализацијом ове технологије биће постављена чврста основа за развој оптичких комуникационих уређаја следеће генерације.
Промовисање даљег смањења величине подесивих ласера
У будућности, у циљу даљег смањења величине подесивих ласера, биће неопходно остварити висок степен интеграције њихових унутрашњих компоненти.
На пример, сваки подесиви ласер се ослања на склоп за закључавање таласне дужине како би се осигурала стабилност ласерског излаза у различитим условима околине, као што је температура.
Интегрисање склопа за закључавање таласне дужине директно на ласерски чип, уместо преко спољних веза, значајно смањује просторни отисак и потрошњу енергије ласерског пакета.
ЕФФЕЦТ Пхотоницс, холандски лидер у технологији оптичке интеграције, дошао је до иновативног решења: развили су решење са једним чипом компатибилно са широким спектром подесивих ласера, које интегрише све функције, укључујући закључавање таласне дужине, на једном чипу . Ова конфигурација је идеална за смањење потрошње енергије и покретање масовне производње.
Интеграцијом свих подесивих ласерских функција на једном чипу, ЕФФЕЦТ Пхотоницс је успешно развио нови пицо-ИТЛА (пИТЛА) модул, који ће бити најмањи ИТЛА за кохерентне апликације широм света.
пИТЛА је производ који гледа у будућност за подесиву ласерску интеграцију који укључује све ласерске функције у пакету који је само 20% величине наноИТЛА модула. То је само 20% величине наноИТЛА модула. Као што је приказано на слици 6, пИТЛА се чини изузетно малим чак и када се упореди са стандардном шибицом.

Слика 3: Еволуција кохерентне оптике ИТЛА модула фактор облика и смањење величине, 2011-2023

Утицај минијатуризованих интегрисаних ласера ​​далеко превазилази предност у величини; подједнако је критичан за побољшање енергетске ефикасности. Компактнији ласерски дизајни често могу да раде на нижим напонима и струјама, што помаже у побољшању топлотних перформанси и минимизирању губитака спајања.
А фотонска интеграција је кључни фактор у постизању ових побољшања у перформансама – комбиновањем више функција на једном чипу, ефикасност се може максимизирати.
Компактни и енергетски ефикасни КСФП28-кохерентни уређаји који се могу прикључити и њихови пратећи минијатуризовани подесиви ласери су веома тражени док унапређујемо употребу 100Г кохерентне технологије у приступним мрежама. пИТЛА модули из ЕФФЕЦТ Пхотоницс су важан корак у овом процесу интеграције и минијатуризације.
Са само 20% величине наноИТЛА модула, пИТЛА не само да испуњава очекивања индустрије за мању величину, већ и демонстрира континуирану потрагу и нагон да се реализују компактни, ефикасни и скалабилни подесиви ласери на ивици оптичких мрежа.