Miniatureiddio Ac Integreiddiad Uchel Dod yn Gynnig Allweddol mewn Datblygiad Laser

Er mwyn gwireddu nod dyfeisiau plygadwy cydlynol cenhedlaeth nesaf, rhaid i laserau tiwnadwy cenhedlaeth nesaf gyrraedd lefel hollol newydd o integreiddio optoelectroneg.
Mae'n werth nodi nad her maint yn unig yw miniaturization ac integreiddio laserau, ond yn bwysicach fyth, sut i wella effeithlonrwydd pŵer y laserau hyn. Dyma rai o'r manteision y mae laserau bach yn eu cynnig o ran gwell effeithlonrwydd ynni:
Yn gyntaf, mae gan laserau bach foltedd gweithredu is a gofynion cyfredol. Mae hyn oherwydd bod dyluniadau laser integredig iawn yn aml yn defnyddio prosesau a deunyddiau datblygedig sy'n caniatáu folteddau a cheryntau trothwy llawer is na laserau mawr traddodiadol.
Yn ail, mae'r dyluniad cryno yn cyfrannu at well afradu gwres. Mewn laserau bach, mae'r pellter y mae golau yn ei deithio o fewn y sglodyn laser yn llawer byrrach, sy'n helpu i leihau colli golau a phroblemau afradu gwres.
Yn ogystal, gall laserau integredig iawn leihau colledion cyplu. Mewn ffotoneg, mae'r cysylltiad rhwng opteg gofod rhydd a'r sglodyn bob amser wedi bod yn her dechnegol. Trwy integreiddio swyddogaethau lluosog ar un sglodyn, mae'r laserau newydd yn gallu osgoi'r cyplu hwn a'i golledion cysylltiedig.
Mae integreiddio ffotonig yn hanfodol i leihau maint a defnydd pŵer. Wrth i fwy a mwy o gydrannau gael eu hintegreiddio i sglodyn sengl, mae colledion yn cael eu lleihau'n raddol ac mae effeithlonrwydd y trawsgludwr optegol yn cynyddu yn unol â hynny.
Llwyddiannau a Heriau mewn Technoleg Integreiddio Laser
Mae technoleg integreiddio laser tiwnadwy wedi datblygu'n sylweddol dros y degawd diwethaf, gan ddiwallu angen dybryd y farchnad am faint llai ac integreiddio uwch i raddau helaeth.
Yn 2011, dilynodd laserau tiwnadwy ganllawiau'r Cytundeb Aml-Ffynhonnell (MSA) ar gyfer Integreiddio Cynulliadau Laser Tiwnadwy (ITLA), gan ddangos eu potensial integreiddio i ddechrau.
Yn 2015, cafodd laserau tiwnadwy eu miniatureiddio ymhellach a'u dwyn i'r farchnad ar ffurf micro-ITLAs cryno sydd ond yn 22% o faint y pecyn ITLA gwreiddiol, gan leihau maint y ddyfais yn sylweddol.
Yn 2019, mae'r maint yn cael ei leihau ymhellach gyda dyfodiad y nano ITLA, modiwl sydd ond yn 39% o'r micro ITLA, sy'n adlewyrchu parhad a chynnydd cyson mewn datblygu technoleg.

Ffigur 1: Esblygiad opteg cydlynol ffactor siâp laser tiwnadwy 2011-2021
Er gwaethaf y datblygiadau trawiadol hyn, mae technoleg integreiddio laser yn dal i wynebu heriau integreiddio pellach, yn enwedig yn y gofod mynediad cydlynol 100G ZR, lle mae galw cynyddol am ddyfeisiau plygio QSFP28.
Mae modiwlau plygadwy QSFP28 yn cynnig defnydd pŵer is ac ôl troed llai na modiwlau QSFP-DD, felly ni ddylent ddefnyddio'r un laserau â modiwlau QSFP-DD. Yr hyn sydd ei angen arnynt - datrysiadau laser pwrpasol gydag ôl troed llai a defnydd pŵer is.

Ffigur 2: Cymhariaeth o ffactorau ffurf QSFP-DD a QSFP-28 ar gyfer ceisiadau 100G
Er mwyn cyflawni'r nod hwn, mae datblygiad laserau monolithig yn dod yn hollbwysig.
Yn ddelfrydol, byddai laser o'r fath yn gallu integreiddio'r holl swyddogaethau laser allweddol, gan gynnwys ennill, ceudod laser, a locer tonfedd, ar yr un sglodion, gan arwain at gynnydd sylweddol mewn integreiddio, gostyngiad mewn maint, a gostyngiad yn y defnydd o bŵer. Bydd gwireddu'r dechnoleg hon yn gosod sylfaen gadarn ar gyfer datblygu dyfeisiau cyfathrebu optegol cenhedlaeth nesaf.
Hyrwyddo gostyngiad pellach mewn maint laserau tiwnadwy
Yn y dyfodol, er mwyn lleihau maint laserau tiwnadwy ymhellach, bydd angen integreiddio eu cydrannau mewnol i raddau helaeth.
Er enghraifft, mae pob laser tiwnadwy yn dibynnu ar gynulliad loceri tonfedd i sicrhau sefydlogrwydd yr allbwn laser o dan amodau amgylcheddol amrywiol megis tymheredd.
Mae integreiddio'r cynulliad loceri tonfedd yn uniongyrchol i'r sglodyn laser, yn hytrach na thrwy gysylltiadau allanol, yn lleihau'n sylweddol ôl troed gofod a defnydd ynni'r pecyn laser.
Mae EFFECT Photonics, arweinydd yr Iseldiroedd mewn technoleg integreiddio optegol, wedi cynnig datrysiad arloesol: maent wedi datblygu datrysiad un sglodyn sy'n gydnaws ag ystod eang o laserau tiwnadwy, sy'n integreiddio'r holl swyddogaethau, gan gynnwys y locer tonfedd, ar un sglodyn. . Mae'r cyfluniad hwn yn ddelfrydol ar gyfer lleihau'r defnydd o bŵer a gyrru cynhyrchiad màs.
Trwy integreiddio'r holl swyddogaethau laser tiwnadwy ar un sglodyn, mae EFFECT Photonics wedi datblygu'r modiwl pico-ITLA (pITLA) newydd yn llwyddiannus, sef yr ITLA lleiaf ar gyfer cymwysiadau cydlynol ledled y byd.
Mae'r pITLA yn gynnyrch blaengar ar gyfer integreiddio laser tiwnadwy sy'n cynnwys yr holl swyddogaethau laser mewn pecyn sydd ddim ond 20% o faint modiwl nanoITLA. Dim ond 20% o faint modiwl nanoITLA ydyw. Fel y dangosir yn Ffigur 6, mae'r pITLA yn ymddangos yn fach iawn hyd yn oed o'i gymharu â ffon matsys safonol.

Ffigur 3: Esblygiad opteg cydlynol ffactor ffurf modiwl ITLA a lleihau maint, 2011-2023

Mae effaith laserau integredig miniaturized yn mynd ymhell y tu hwnt i'r fantais maint; mae yr un mor hanfodol i wella effeithlonrwydd pŵer. Yn aml gall dyluniadau laser mwy cryno weithredu ar folteddau a cherhyntau is, sy'n helpu i wella perfformiad thermol a lleihau colledion cyplu.
Ac mae integreiddio ffotonig yn ffactor allweddol wrth gyflawni'r enillion perfformiad hyn - trwy gyfuno swyddogaethau lluosog ar un sglodyn, gellir cynyddu effeithlonrwydd i'r eithaf.
Mae galw mawr am ddyfeisiadau plygio cydlynol maint QSFP cryno ac ynni-effeithlon a'u laserau tiwnadwy bach sy'n cyd-fynd â nhw wrth i ni ddatblygu'r defnydd o dechnoleg gydlynol 100G mewn rhwydweithiau mynediad. Mae modiwlau pITLA o EFFECT Photonics yn gam pwysig yn y broses integreiddio a miniatureiddio hon.
Ar ddim ond 20% o faint modiwl nanoITLA, mae'r pITLA nid yn unig yn cwrdd â disgwyliad y diwydiant ar gyfer maint llai, ond mae hefyd yn dangos y gwaith parhaus a'r ymdrech i wireddu laserau tiwnadwy cryno, effeithlon a graddadwy ar ymyl rhwydweithiau optegol.