Des chercheurs de l'Université George Washington ont développé une nouvelle conception de laser à émission de surface à cavité verticale (VCSEL) qui démontre une bande passante temporelle record. Cela a été possible en combinant plusieurs cavités couplées transversales, qui améliore la rétroaction optique du laser. Les VCSEL sont devenus une approche essentielle pour réaliser des interconnexions optiques à haut rendement énergétique et à haut débit dans les centres de données et les superordinateurs.

Les VCSEL sont une classe vitale de diodes laser à semi-conducteur accompagnant un résonateur laser monolithique qui émet de la lumière dans une direction perpendiculaire à la surface de la puce. Cette classe de lasers gagne en importance sur le marché en raison de leur taille compacte et de leurs performances optoélectroniques élevées. En tant que lasers miniaturisés, ils sont utilisés comme source optique à grande vitesse, les communications à courte longueur d'onde et les réseaux de données optiques. Un trafic dense et une transmission à grande vitesse sont des exigences clés pour les applications de capteurs intelligents dans l'automobile ou dans les communications de données, qui sont activés par des VCSEL compacts et à grande vitesse. Cependant, la bande passante de 3 dB, connue sous le nom de limitation de vitesse des VCSEL, est limité par les effets thermiques, résistance parasitaire, effets de capacité et de gain non linéaire.

La modulation directe des VCSEL ne peut pas dépasser environ 30 GHz en raison des effets d'amplification optique non linéaire connus sous le nom d'oscillations de relaxation de gain. Cette invention présente une nouvelle conception révolutionnaire de VCSEL. Étant donné que la rétroaction à l'intérieur du laser doit être soigneusement gérée, les chercheurs ont introduit une approche multi-feedback en combinant plusieurs cavités couplées. Cela leur a permis de renforcer la rétroaction connue sous le nom de « lumière lente, " étendant ainsi la bande passante temporelle du laser (vitesse) au-delà de la limite connue de la fréquence d'oscillation de relaxation. L'innovation est révolutionnaire car le retour direct de chaque cavité n'a besoin que d'être modéré et peut être contrôlé avec précision via les cavités couplées, permettant un degré plus élevé de liberté de conception. En suivant ce schéma de cavité couplée, une bande passante de modulation résultante dans la gamme des 100 GHz est attendue.

« Ici, nous introduisons un changement de paradigme dans la conception laser. Nous utilisons une nouvelle approche de cavités couplées pour contrôler soigneusement la rétroaction vers le laser obtenue en ralentissant considérablement la lumière laser. Cette approche de cavité couplée ajoute un nouveau degré de liberté pour la conception laser, avec des opportunités à la fois en science fondamentale et en technologie, " dit Volker Sorger, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l'Université George Washington.

"Cette invention arrive à point nommé car la demande de services de données augmente rapidement et évolue vers les réseaux de communication de nouvelle génération tels que la 6G, mais aussi dans l'automobile comme capteur de proximité ou identification faciale de téléphone intelligent. Par ailleurs, le système de cavités couplées ouvre la voie à des applications émergentes dans les processeurs d'informations quantiques telles que les machines d'Ising cohérentes, " ajoute le Dr Hamed Dalir, co-auteur de l'article et inventeur de la technologie.