Коммуникации со скоростью света: новосибирские ученые разрабатывают лазер на квантовых точках для систем связи

Ученые Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) создают отечественную электронно-компонентную базу для волоконно-оптических линий связи. Работы ведутся при поддержке Российского научного фонда (РНФ) и Правительства Новосибирской области.

Информация по волоконно-оптическим линиям связи (оптоволокну) передается с помощью света, свет определенной длины волны излучает лазер. В сравнении с передачей данных посредством электрического тока по медному коаксиальному кабелю это дает выигрыш в скорости, помехоустойчивости и экономии веса — оптоволокно легче металлического кабеля. Специалисты ИФП СО РАН занимаются разработкой лазера на квантовых точках на диапазон излучения 1,55 микрон. На этой длине волны наименьшие потери сигнала в оптоволокне.

«Чтобы реализовать все преимущества волоконно-оптических линий связи, нужно обладать специализированной компонентной базой. Отечественной компонентной базы в настоящий момент практически нет, и ее разработкой занимается наша лаборатория. Основные элементы — лазер (источник излучения), модулятор, кодирующий информацию, и фотоприёмник (фотодиод), который переводит информацию из световой волны в электронный сигнал. К сегодняшнему дню мы уже разработали СВЧ-фотодиод на 40 гигагерц, продолжается разработка электрооптического модулятора и буквально два месяца назад проект по созданию лазера на квантовых точках получил поддержку РНФ и Правительства Новосибирской области.

В промышленности во всем мире такие лазеры разрабатываются на основе квантовых ям. Однако сейчас все возможности улучшения характеристик лазеров на квантовых ямах исчерпаны. Поэтому единственный путь усовершенствования — использовать в качестве активной среды квантовые точки. Упрощенно говоря, квантовые ямы — это искусственные кристаллы, квантовые точки — искусственные атомы, из которых мы конструируем кристаллы с нужными нам свойствами. Активная среда на квантовых точках может дать улучшение таких характеристик лазера, как пороговый ток, коэффициент усиления, температурная стабильность, токи насыщения. Решение этой проблемы — непростая задача: требуется вырастить бездефектный кристалл с массивом квантовых точек, заданного размера и свойств», — рассказал старший научный сотрудник лаборатории молекулярно-лучевой эпитаксии соединений A3B5 ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Дмитрий Владимирович Гуляев.

На первом этапе проекта ученые рассчитывают создать полупроводниковый материал (массив квантовых точек на основе соединений индий-галлий-алюминий-мышьяк на подложке из фосфида индия), на втором — провести исследование его характеристик, тестирование лазера.

Для трансляции информации по волоконно-оптическим линиям связи, нужен не только лазер (передающее устройство), но и электрооптический модулятор и СВЧ-фотодиод (принимающее устройство). Специалисты лаборатории молекулярно-лучевой эпитаксии соединений A3B5 ранее разработали СВЧ-фотодиоды и ведут разработку электрооптических модуляторов.

Эти три важнейших компонента для работы систем связи создаются одной научной группой (в ИФП СО РАН), что позволяет повысить степень совместимости устройств и гибко варьировать их параметры при необходимости.

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК

Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов

hello@technovery.com