هوش مصنوعی، لیزر و کوانتوم

این تحقیق در مجله Journal of Alloys and Compounds منتشر شده است. موسسه تحقیقات الکترونیک و ارتباطات از راه دور (ETRI) اعلام کرد که برای اولین بار در کره، فناوری تولید انبوه لیزرهای نقطه کوانتومی را که قبلاً فقط برای تحقیقات استفاده می شد، با استفاده از سیستم های رسوب بخار شیمیایی فلزی-آلی (MOCVD) توسعه داده است. بخش تحقیقات اجزای ارتباطات نوری ETRI با موفقیت لیزر دیودهای نقطه کوانتومی آرسنید ایندیم/آرسنید گالیم (InAs/GaAs)  را بر روی بسترهای گالیم-آرسنیک (GaAs) توسعه داده است که برای باند طول موج 1.3 میکرومتر مورد استفاده در ارتباطات نوری مناسب هستند.

به طور سنتی، دیود لیزرهای نقطه کوانتومی با استفاده از اپیتاکسی پرتو مولکولی (MBE) تولید می‌شدند، اما این روش به دلیل سرعت رشد پایین آن ناکارآمد بود و تولید انبوه را به چالش می‌کشید. با استفاده از MOCVD که بازده تولید بالاتری دارد، تیم تحقیقاتی به طور قابل توجهی بهره وری تولید لیزر نقطه کوانتومی را افزایش داده است. لیزرهای نقطه کوانتومی به دلیل ویژگی‌های دمایی عالی و تحمل قوی در برابر عیوب زیرلایه شناخته می‌شوند، که اجازه می‌دهد سطح زیرلایه بزرگ‌تر و در نتیجه مصرف انرژی و هزینه‌های تولید کمتر شود. فناوری تولید نقاط کوانتومی جدید توسعه یافته دارای چگالی بالا و یکنواختی خوب است. لیزرهای نیمه هادی نقطه کوانتومی تولید شده، عملکرد مداوم را در دماهای تا 75 درجه سانتیگراد نشان دادند که نشان دهنده یک دستاورد جهانی در نتایج به دست آمده از طریق MOCVD است. پیش از این، دستگاه‌های مخابراتی نوری از بسترهای گران‌قیمت 2 اینچی ایندیوم فسفید (InP)  استفاده می‌کردند که منجر به هزینه‌های ساخت بالا می‌شد. فناوری جدید با استفاده از بسترهای GaAs که کمتر از یک سوم هزینه بسترهای InP است، هزینه تولید لیزرهای نیمه هادی ارتباطی را به کمتر از یک ششم کاهش می دهد. توانایی این فناوری برای استفاده از بسترهای بزرگ باعث کاهش قابل توجه زمان فرآیند و هزینه مواد می شود.

تیم تحقیقاتی قصد دارد این فناوری را برای افزایش قابلیت اطمینان آن و انتقال آن به شرکت های ارتباطات نوری داخلی بیشتر بهینه سازی و تأیید کند. این شرکت‌ها از طریق کارخانه ریخته‌گری نیمه‌هادی ETRI، پشتیبانی فناوری و زیرساخت کلیدی را دریافت خواهند کرد که به زمان‌بندی تجاری‌سازی سرعت می‌بخشد. کاهش پیش‌بینی‌شده در زمان توسعه و هزینه‌های تولید، رقابت‌پذیری قیمت محصول را افزایش می‌دهد و به طور بالقوه سهم بازار را در سطح بین‌المللی افزایش می‌دهد. انتظار می رود این پیشرفت، صنعت قطعات ارتباطات نوری داخلی را تقویت کند. در جامعه مدرن، ارتباطات نوری به عنوان ستون فقرات صنعت ما عمل می کند. دستاورد تیم تحقیقاتی قرار است تحولی در توسعه منابع نوری ایجاد کند، مجتمع‌های آپارتمانی را به شهرهای بزرگ و کابل‌های نوری زیر دریا متصل می‌کند.

پروفسور Dae Myung Geum از دانشگاه ملی Chungbuk، یکی از شرکت کنندگان در این تحقیق، اظهار داشت: "فناوری تولید انبوه برای نقاط کوانتومی می تواند به طور قابل توجهی هزینه های تولید دستگاه های ارتباطی نوری با قیمت بالا را کاهش دهد و رقابت صنعت قطعات ارتباطات نوری ملی را افزایش دهد و کمک قابل توجهی به تحقیقات علوم پایه خواهد کرد." دکتر هو سونگ کیم از بخش تحقیقات اجزای ارتباطات نوری ETRI اظهار داشت: "این نتیجه تحقیقاتی نمونه بارزی از تضمین دوام تجاری و نوآوری اساسی است که به طور بالقوه پارادایم صنعت لیزر نیمه هادی را برای ارتباطات نوری تغییر می دهد."

More information: HoSung Kim et al, High-temperature and continuous wave-operation of all-MOCVD grown InAs/GaAs quantum dot laser diodes with highly strained layer and low temperature p-AlGaAs cladding layer, Journal of Alloys and Compounds