Bevægende præcisionskommunikation, metrologi, kvanteapplikationer fra laboratorium til chip

Området for fotonisk integration - området for fotonik, hvor bølgeledere og enheder er fremstillet som et integreret system på en flad wafer - er relativt ungt sammenlignet med elektronik. Fotonisk integration har fokuseret på kommunikationsapplikationer, der traditionelt er fremstillet på siliciumchips, fordi disse er billigere og nemmere at fremstille.

Forskere udforsker lovende nye bølgelederplatforme, der giver de samme fordele for applikationer, der opererer i det ultraviolette til det infrarøde spektrum. Disse platforme muliggør en meget bredere vifte af applikationer, såsom spektroskopi til kemisk sensing, præcisionsmetrologi og beregning.

Et papir i APL Photonics, fra AIP Publishing, giver et perspektiv på feltet af ultrabredbånds fotoniske bølgelederplatforme baseret på halvledere med bred båndgab. Disse bølgeledere og integrerede kredsløb kan realisere strømeffektive, kompakte løsninger, og flytte nøgledele af ultrahøjtydende systemer til chipskalaen i stedet for store bordpladeinstrumenter i et laboratorium.

Indtil nu, nøglekomponenter og undersystemer til applikationer, såsom atomure, kvantekommunikation og højopløsningsspektroskopi, er konstrueret i stativer og på bordplader. Dette har været nødvendigt, fordi de opererer ved bølgelængder, der ikke er tilgængelige for siliciumbølgeledere på grund af dets lavere båndgab og andre absorptionsegenskaber i UV til nær-IR, der reducerer den optiske effekthåndteringskapacitet, blandt andre faktorer.

Daniel J. Blumenthal og hans team i Santa Barbara, Californien, har forsket i fotoniske integrationsplatforme baseret på bølgeledere fremstillet med halvledere med bred båndgab, der har ultralave udbredelsestab.

"Nu hvor siliciummarkedet er blevet adresseret til telekommunikation og LIDAR-applikationer, vi udforsker nye materialer, der understøtter en spændende række nye applikationer ved bølgelængder, der ikke er tilgængelige for siliciumbølgeledere, " sagde Blumenthal. "Vi fandt, at de mest lovende bølgelederplatforme var siliciumnitrid, tantala (tantalpentoxid), aluminiumnitrid og aluminiumoxid (aluminiumoxid)."

Hver platform har potentiale til at adressere forskellige applikationer såsom siliciumnitrid til synlige til nær-IR atomovergange, tantalpentoxid til ramanspektroskopi eller aluminiumoxid til UV-interaktioner med atomer til kvanteberegning.

Ansøgninger, såsom atomure i satellitter og næste generations højkapacitets datacenterforbindelser, kan også drage fordel af at sætte funktioner såsom lasere med ultralav linjebredde på letvægts, laveffekt chips. Dette er et område med øget fokus, da eksploderende datacenterkapacitet skubber traditionelle fiberforbindelser til deres strøm- og pladsbegrænsninger.

Blumenthal sagde, at næste generations fotoniske integration vil kræve ultra-bredbånds fotoniske kredsløbsplatforme, der skalerer fra UV til IR og også tilbyder et rigt sæt lineære og ikke-lineære kredsløbsfunktioner samt ultralavt tab og håndteringskapaciteter med høj effekt.