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UCSB、オンシリコン量子ドットモードロックレーザで4.1Tbit/s伝送

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June, 13, 2019, Santa Barbara--UCSB工学教授、John Bowersグループは、最近開発された高性能量子ドットモードロックレーザ・オン・シリコンで大きな成果を出している。
 それは、将来のデータセンタのデータ、通信会社やネットワーク機器の伝送容量を著しく拡大するだけでなく、高安定、低雑音、シリコンフォトニクスの省エネにより達成される技術である。

「世界のデータトラフィックのレベルは、ますます急速に増加している」とBowersは指摘する。同氏によると、一般的に、最先端通信インフラストラクチャのデータ伝送容量は、2年ごとに倍増しなければ、高い性能レベルを維持できない。すなわち、今でも、IntelやCiscoは、競争力を保つには2024年以降もハードウエアに照準を合わせていなければならない。

Bowersグループの多チャネル数、20GHz、パッシブモードロック量子ドットレーザは、初めて、シリコン基板に直接成長された。証明済みの4.1Tbps伝送容量で、それは今日の最高商用標準をデータ伝送, Ethernetで400Gb/sを、推定10年飛び越えている。

その技術は、確立されたWDM技術で最新の高性能候補である。WDMは、異なる波長を使い、1本の光ファイバで多数チャネル並列伝送する。

Bowersグループの新技術は、量子ドットレーザで、通信、フォトニクス、材料における複数の進歩を活用している。量子ドットレーザは、微小、ミクロンサイズ光源であり、データ伝送できる幅広い光波長を出力できる。

「われわれは、一つの安価な光源で生成されるもっと多くのコヒレント波長が欲しい。量子ドットは、広い利得スペクトルを持っている。それが多チャネルを達成できる理由である」と同グループのSongtao Liu、論文の筆頭著者、ポスドク研究者は説明している。同グループの量子ドットレーザは、チャネル間隔20GHzで、64チャネルを生成し、システム容量を押し上げる送信器として利用可能である。

そのレーザは、パッシブモードロック、固定チャネル間隔でコヒレント光コムを生成する技術。これにより、レーザキャビティで波長競合によるノイズを防ぎ、データ伝送を安定化することができる。

この技術は、シリコン電子および光集積回路の領域での大きな進歩を代表している。この分野における主要目標は、電子やワイヤとともに、もっと言えば、その代わりに光と波長を使うコンポーネントを作ることである。シリコンは、それが導波し保持する光の品質にとって優れた材料である。また、大規模製造が容易で低コストである。しかし、光の生成には適していない。

「光を効率的に生成したいなら、直接バンドギャップ半導体が必要である。シリコンは、間接バンドギャップ半導体である」とLiuは説明し、発光固体の理想的な電子構造特性に言及している。同グループの量子ドットレーザは、UCサンタバーバラ(UCSB)のナノ製造ファシリティで、シリコン上に分子ごとに成長させている。これは、性能と機能のためにいくつかの半導体材料の電子的特性を利用している、加えてシリコン独自のよく知られた光学的利点、製造利点も利用している。

技術企業が、データ容量や伝送速度を向上させる方法を追求するにしたがい、この量子ドットレーザ、またそのようなコンポーネントは、通信やデータ処理の基準になると見らている。

「データセンタは、現在、膨大な量のシリコンフォトニックトランシーバを購入している。2年前は、それはゼロだった」とBowersは指摘する。

 Bowersは、10年前に、世界初のハイブリッドシリコンレーザを実証した。それ以来、シリコンフォトニクスの世界は継続して、ますます高効率、高性能技術になった。同時に、量産という視点とともに、可能な限りで小型サイズを維持している。量子ドットレーザ・オン・シリコンは、最先端の技術であり、これは将来のデバイスに最高性能を提供するものである。
(詳細は、https://www.news.ucsb.edu/)