Fotonikforskere rapporterer om gennembrud i miniaturisering af lysbaserede chips

Fotoniske integrerede kredsløb, der bruger lys i stedet for elektricitet til databehandling og signalbehandling lover større hastighed, øget båndbredde, og større energieffektivitet end traditionelle kredsløb, der bruger elektricitet.

Men de er endnu ikke små nok til at konkurrere i computere og andre applikationer, hvor elektriske kredsløb fortsætter med at regere.

Elektriske ingeniører ved University of Rochester mener, at de har taget et stort skridt i forhold til at løse problemet. Ved at bruge et materiale, der er bredt vedtaget af fotonikforskere, Rochester-teamet har skabt den mindste elektro-optiske modulator til dato. Modulatoren er en nøglekomponent i en fotonik-baseret chip, styrer, hvordan lys bevæger sig gennem dets kredsløb.

I Naturkommunikation , laboratoriet i Qiang Lin, professor i elektro- og computerteknik, beskriver brugen af ​​en tynd film af lithiumniobat (LN) bundet på et siliciumdioxidlag for at skabe ikke kun den mindste LN-modulator endnu, men også en, der kører med høj hastighed og er energieffektiv.

Dette "baner et afgørende grundlag for at realisere store LN fotoniske integrerede kredsløb, der er af enorm betydning for brede applikationer inden for datakommunikation, mikrobølge fotonik, og kvantefotonik, " skriver hovedforfatter Mingxiao Li, en kandidatstuderende i Lins laboratorium.

Et arbejdshest materiale

På grund af dets enestående elektro-optiske og ikke-lineære optiske egenskaber, lithiumniobat er blevet "et arbejdshest materiale system til fotonik forskning og udvikling, " siger Lin. "Men nuværende LN fotoniske enheder, lavet på enten bulkkrystal- eller tyndfilmsplatform kræver store dimensioner og er svære at skalere ned i størrelse, hvilket begrænser modulationseffektiviteten, energiforbrug, og graden af ​​kredsløbsintegration. En stor udfordring ligger i at lave nanoskopiske fotoniske strukturer af høj kvalitet med høj præcision."

Modulatorprojektet bygger på laboratoriets tidligere brug af lithiumniobat til at skabe en fotonisk nanokavitet - en anden nøglekomponent i fotoniske chips. Kun omkring en mikron i størrelse, nanokavitet kan tune bølgelængder ved hjælp af kun to til tre fotoner ved stuetemperatur - "første gang vi ved, at selv to eller tre fotoner er blevet manipuleret på denne måde ved stuetemperaturer, " siger Lin. Den enhed blev beskrevet i et papir i Optica .

Modulatoren kunne bruges i forbindelse med en nanokavitet til at skabe en fotonisk chip på nanoskala.