Команда исследователей из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (Инженерный колледж Грейнджера) и Университета Нотр-Дам установила мировой рекорд по скорости оптического переключения для светодиодов на квантовых ямах. Устройство на основе нитрида галлия - микросветодиод - показало оптическую модуляционную полосу пропускания 2,75 ГГц при энергопотреблении всего 25 мВт. Результаты опубликованы в журнале IEEE Electron Device Letters.

Оптическая модуляционная полоса пропускания - это показатель того, как быстро светодиод может включаться и выключаться, не теряя яркости. Чем выше значение, тем больше данных можно передать за единицу времени. Новый рекорд достигнут благодаря тщательному моделированию и экспериментам: учёные систематически уменьшали размер светодиодов от 100 до 2 микрометров в диаметре, чтобы найти оптимальный баланс между скоростью, размером и энергопотреблением.

"Мы обнаружили, что, вопреки распространённому мнению, меньше - не всегда лучше, - приводит слова ведущего автора Абдельгани Абуэльнагги (аспирант Иллинойсского университета) пресс-релиз. - Наша работа даёт дорожную карту для изучения компромиссов между размером, полосой пропускания и энергопотреблением, и показывает, что лучшее устройство - это светодиод диаметром 5 микрометров".

В дата-центрах большая часть коммуникаций - короткие линии длиной менее 10 метров. Обычно для высокочастотной передачи на таких расстояниях используют лазеры, но они потребляют много энергии и выделяют тепло. Светодиоды могут стать более энергоэффективной альтернативой. Однако до сих пор их скорость уступала лазерной. Новая работа демонстрирует, что правильно спроектированный микросветодиод способен работать на гигагерцовых частотах, сравнимых с процессорами, при малом энергопотреблении.

Устройство изготовлено по стандартной технологии квантовых ям. Хотя существуют другие конструкции светодиодов с более высокой частотой, они создают нестабильный свет низкой интенсивности. По мнению исследователей, их 5-микрометровый дизайн лучше подходит для дата-центров благодаря сочетанию оптической мощности, полосы пропускания и низкого энергопотребления. Кроме того, малый диаметр позволяет собирать множество излучателей в компактные двумерные массивы, каждый из которых может передавать отдельный поток данных.

Исследование выполнено под руководством профессоров Кэна Бэйрама, Питера Драгича и Милтона Фэна из Иллинойсского университета и профессора Патрика Фэя из Университета Нотр-Дам. В работе также участвовали Зетай Лю и Джонатан Райт. Учёные подчёркивают, что это лабораторный результат, и до коммерческого внедрения ещё далеко, но он намечает путь к созданию более быстрых и энергоэффективных оптических линий связи.

Источник: Tech Xplore