Konfigurerbar kredsløbsteknologi er klar til at udvide fotoniske applikationer med silicium

Forskere har udviklet en ny måde at bygge energieffektive og programmerbare integrerede switch -enheder på en silicon fotonik chip. Den nye teknologi er klar til at reducere produktionsomkostningerne ved at tillade, at et generisk optisk kredsløb fremstilles i bulk og derefter programmeres til specifikke applikationer, såsom kommunikationssystemer, LIDAR -kredsløb eller computerapplikationer.

"Silicon fotonik er i stand til at integrere optiske enheder og avancerede mikroelektroniske kredsløb alle på en enkelt chip, "sagde medlem af forskergruppen Xia Chen fra University of Southampton." Vi forventer, at konfigurerbare siliconfotonikkredsløb i høj grad vil udvide anvendelsesområdet for applikationer til siliciumfotonik og samtidig reducere omkostningerne, gør denne teknologi mere nyttig til forbrugerapplikationer. "

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Optik Express , forskere under ledelse af Graham Reed demonstrerer den nye tilgang til skiftende enheder, der kan bruges som byggesten til at skabe større chipbaserede, programmerbare fotoniske kredsløb.

"Den teknologi, vi udviklede, vil have en bred vifte af applikationer, "sagde Chen." F.eks. det kunne bruges til at lave integrerede sensorenheder til at detektere biokemiske og medicinske stoffer samt optiske transceivere til forbindelser, der bruges i højtydende computersystemer og datacentre. "

Sletbare komponenter

Det nye arbejde bygger på tidligere forskning, hvor efterforskerne udviklede en sletbar version af en optisk komponent kendt som en gitterkobling ved at implantere germaniumioner i silicium. Disse ioner forårsager skader, der ændrer siliciums brydningsindeks i dette område. Opvarmning af lokalområdet ved hjælp af en laserglødningsproces kan derefter bruges til at vende brydningsindekset og slette gitterkoblingen.

I Optik Express papir, forskerne beskriver, hvordan de anvendte den samme germaniumionimplantationsteknik til at skabe sletbare bølgeledere og retningskoblinger, komponenter, der kan bruges til at lave omkonfigurerbare kredsløb og kontakter. Dette er første gang, at sub-mikron sletbare bølgeledere er blevet oprettet i silicium.

"Vi tænker normalt på ionimplantation som noget, der vil fremkalde store optiske tab i et fotonisk integreret kredsløb, "sagde Chen." Dog, vi fandt ud af, at en omhyggeligt designet struktur og brug af den rigtige ionimplantationsopskrift kan skabe en bølgeleder, der bærer optiske signaler med rimeligt optisk tab. "

Bygger programmerbare kredsløb

De demonstrerede den nye tilgang ved at designe og fremstille bølgeledere, retningskoblinger og 1 X 4 og 2 X 2 koblingskredsløb, ved hjælp af University of Southampton's Cornerstone fabrikationsstøberi. Fotoniske enheder fra forskellige chips testet både før og efter programmering med laserglødning viste konsistent ydeevne.

Fordi teknikken involverer fysisk ændring af routingen af ​​den fotoniske bølgeleder via en engangsoperation, ingen ekstra strøm er nødvendig for at beholde konfigurationen, når den er programmeret. Forskerne har også opdaget, at elektrisk glødning, ved hjælp af en lokal integreret varmelegeme, samt laserglødning kan bruges til at programmere kredsløbene.

Forskerne arbejder med et firma kaldet ficonTEC for at gøre denne teknologi praktisk uden for laboratoriet ved at udvikle en måde at anvende laser- og/eller elektrisk udglødningsproces på wafer skala, ved hjælp af en konventionel wafer prober (wafer test machine), så hundredvis eller tusinder af chips kunne programmeres automatisk. De arbejder i øjeblikket på at integrere laser- og elektrisk udglødningsprocesser i sådan en wafer-skala prober-et instrument, der findes i de fleste elektronisk-fotoniske støberier-ved at blive testet ved University of Southampton.