Ny teknologi bygger integrerede fotoniske kredsløb med ultralavt tab

Indkodning af information til lys, og transmission af det gennem optiske fibre er kernen i optisk kommunikation. Med et utroligt lavt tab på 0,2 dB/km, optiske fibre fremstillet af silica har lagt grundlaget for nutidens globale telekommunikationsnetværk og vores informationssamfund.

Et sådant ultralavt optisk tab er lige så vigtigt for integreret fotonik, som muliggør syntesen, behandling og detektion af optiske signaler ved hjælp af on-chip bølgeledere. I dag, en række innovative teknologier er baseret på integreret fotonik, inklusive halvlederlasere, modulatorer og fotodetektorer, og bruges flittigt i datacentre, kommunikation, sansning og beregning.

Integrerede fotoniske chips er normalt lavet af silicium, der er rigeligt og har gode optiske egenskaber. Men silicium kan ikke udføre alle nødvendige funktioner i integreret fotonik, så nye materialeplatforme er opstået. En af disse er siliciumnitrid (Si ₃ N ₄ ), hvis usædvanligt lave optiske tab (størrelsesordener lavere end siliciums) har gjort det til det foretrukne materiale til applikationer, hvor lavt tab er kritisk, såsom lasere med smal linjebredde, fotoniske forsinkelseslinjer, og ikke-lineær fotonik.

Nu, forskere i gruppen af ​​professor Tobias J. Kippenberg ved EPFL's School of Basic Sciences har udviklet en ny teknologi til at bygge siliciumnitrid integrerede fotoniske kredsløb med rekordlave optiske tab og små fodspor. Værket er udgivet i Naturkommunikation .

Ved at kombinere nanofabrikation og materialevidenskab, teknologien er baseret på den fotoniske Damascene-proces udviklet på EPFL. Ved at bruge denne proces, holdet lavede integrerede kredsløb med optiske tab på kun 1 dB/m, en rekordværdi for ethvert ikke-lineært integreret fotonisk materiale. Et sådant lavt tab reducerer energibudgettet betydeligt til at bygge optiske frekvenskamme i chipskala ("mikrokomber"), bruges i applikationer som kohærente optiske transceivere, støjsvage mikrobølgesynthesizere, LiDAR, neuromorfisk databehandling, og endda optiske atomure. Holdet brugte den nye teknologi til at udvikle meterlange bølgeledere på 5x5 mm2 chips og højkvalitetsfaktor mikroresonatorer. De rapporterer også om højt fabrikationsudbytte, som er afgørende for opskalering til industriel produktion.

"Disse chip-enheder er allerede blevet brugt til parametriske optiske forstærkere, lasere med smal linjebredde og frekvenskamme i chipskala, " siger Dr. Junqiu Liu, der ledede fremstillingen ved EPFL's Center of MicroNanoTechnology (CMi). "Vi glæder os også til at se vores teknologi blive brugt til nye applikationer såsom kohærent LiDAR, fotoniske neurale netværk, og kvanteberegning."