Camu tuag at ffotoneg silicon

Creu'r laser ymarferol cyntaf sy'n seiliedig ar silicon, a allai weddnewid systemau cyfathrebu, gofal iechyd ac ynni

Mae grŵp o ymchwilwyr o'r DU, sy'n cynnwys academyddion o Brifysgol Caerdydd, wedi arddangos y laser ymarferol cyntaf sydd wedi'i ddatblygu'n uniongyrchol ar swbstrad silicon.

Credir y gallai'r datblygiad arwain at gyfathrebu hynod gyflym rhwng sglodion cyfrifiadurol a systemau electronig, gan weddnewid amrywiaeth eang o sectorau, o gyfathrebu a gofal iechyd i gynhyrchu ynni.

Ariennir y grŵp o'r DU gan EPSRC, a chyflwynodd ei ganfyddiadau yn y cyfnodolyn Nature Photonics. Prifysgol Caerdydd sy'n ei arwain, ac mae'n cynnwys ymchwilwyr o Goleg Prifysgol Llundain a Phrifysgol Sheffield.

Silicon yw'r deunydd a gaiff ei ddefnyddio fwyaf i gynhyrchu dyfeisiau electronig. Caiff ei ddefnyddio i gynhyrchu lled-ddargludyddion, sydd wedi'u hymgorffori yn y rhan fwyaf o ddyfeisiau a darnau o dechnoleg a ddefnyddiwn yn ein bywydau bob dydd, o ffonau clyfar a chyfrifiaduron i gysylltiadau lloeren a GPS.

Mae dyfeisiau electronig wedi parhau i fynd yn gyflymach, yn fwy effeithlon ac yn fwy cymhleth, felly maent wedi gosod gofynion ychwanegol ar y dechnoleg sy'n sail iddynt.

Mae ymchwilwyr wedi ei chael yn fwyfwy anodd bodloni'r gofynion hyn gan ddefnyddio'r cysylltiadau trydanol confensiynol rhwng sglodion cyfrifiadurol a systemau. Maent felly wedi troi at olau fel cysylltydd hynod gyflym posibl.

Er y bu'n anodd cyfuno laser lled-ddargludo – y ffynhonnell ddelfrydol o olau – gyda silicon, mae'r grŵp o'r DU bellach wedi goresgyn yr anawsterau hyn, ac wedi llwyddo i integreiddio laser a ddatblygwyd yn uniongyrchol ar swbstrad silicon am y tro cyntaf erioed.

Eglurodd yr Athro Huiyun Liu, arweinydd y gweithgarwch datblygu, eu bod wedi gallu dangos bod y laser tonfedd 1300 nm yn gweithredu ar dymheredd o hyd at 120°C, am hyd at 100,000 o oriau.

Meddai'r Athro Peter Smowton, o'r Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth: "Mae creu laserau pwmp trydanol, sy'n seiliedig ar swbstradau Si, yn gam sylfaenol tuag at ffotoneg silicon.

"Ni ellir rhagweld union ganlyniadau cam o'r fath yn eu cyfanrwydd, ond bydd yn amlwg yn gweddnewid y maes cyfrifiadura a'r economi ddigidol, yn gweddnewid gofal iechyd drwy fonitro cleifion, ac yn arwain at newid sylweddol o ran effeithlonrwydd ynni.

"Mae ein datblygiad wedi'i amseru'n berffaith, oherwydd mae'n sail i un o brif feysydd gweithgarwch Sefydliad Lled-ddargludyddion Cyfansawdd Prifysgol Caerdydd, a chyd-fenter y Brifysgol ac IQE, yr arbenigwyr lled-ddargludyddion cyfansawdd."

Dywedodd yr Athro Alwyn Seeds, Pennaeth y Grŵp Ffotoneg yng Ngholeg Prifysgol Llundain: "Mae'r technegau a ddatblygwyd gennym yn caniatáu i ni greu ffotoneg silicon - laser lled-ddargludo effeithlon a dibynadwy a gaiff ei yrru'n drydanol, sydd wedi'i integreiddio'n uniongyrchol ar swbstrad silicon. Nod ein gwaith yn y dyfodol fydd integreiddio'r laserau hyn gydag arweinwyr tonfedd (waveguides) ac electroneg ysgogi, gan arwain at dechnoleg gynhwysfawr ar gyfer integreiddio ffotoneg gydag electroneg silicon."