Fotonisiruille kuitumaista suorituskykyä

Caltechin tutkijat ovat kehittäneet tavan ohjata valoa piikiekkoihin pienellä signaalihäviöllä, joka lähestyy optisen kuidun tasoa näkyvillä aallonpituuksilla.

Saavutus tasoittaa tietä uuden sukupolven erittäin koherenteille ja tehokkaille fotonisille integroiduille piireille (PIC), joilla on merkittävä vaikutus useisiin siruilla tehtäviin sovelluksiin, mukaan lukien tarkkuusmittaukset, kuten optiset kellot ajoitukseen ja gyroskoopit pyörimiseen sekä tekoälyyn perustuva datakeskusten tiedonsiirto ja jopa kvanttilaskenta.

"Olemme vuosien ajan työskennelleet siirtääksemme kelapohjaisen optisen kuidun valmistuksen piikiekoille ja samalla pyrkineet säilyttämään kuidun tunnusmerkin, eli erittäin pienen häviön", sanoo professori Kerry Vahala. "Olemme kehittäneet menetelmän, jolla voidaan tulostaa optisia piirejä, jotka on valmistettu samasta materiaalista kuin optinen kuitu, suoraan samoille 8- ja 12-tuumaisille kiekoille, joita käytetään tietokonesiruissa.

Tämä siirtyminen kohti kuitumaista suorituskykyä, erityisesti näkyvillä kaistoilla, mahdollistaa uusia teknologioita, jotka hyötyvät merkityksettömän pienistä piirien energiahäviöstä."

Aaltojohtimien valmistamiseksi tiimi soveltaa germanosilikaattia, samaa lasimateriaalia kuin optisissa kuiduissa, litografiaan perustuvan valmistusprosessin avulla. Aaltojohtimet on aseteltu spiraaligeometriaan niiden optisen reitin pituuden pidentämiseksi, analogisesti kuidu kelaamiseen kelan ympärille.

"Germanosilikaattisilla aaltojohteilla on erittäin alhaiset häviöt ja ne ovat myös helposti mukautettavissa valon tehokkaaseen siirtämiseen optisten kuitujen ja puolijohdelasereiden välillä, mikä on ensiarvoisen tärkeää palvelininfrastruktuurin kokonaisenergiakustannusten vähentämisessä", sanoo Henry Blauvelt.

"Menetelmämme tarjoama laajennettu aallonpituusalue tukee monia tärkeitä atomioperaatioita, mikä mahdollistaa sirumittakaavan atomianturit, optiset kellot ja ioniloukkujärjestelmät", Chen sanoo.

Caltech-tiimin uudella alustalla valmistetut laitteet ovat jo lähi-infrapuna-aallonpituuksilla pärjänneet aiemmille piinitridistä valmistetuille huippulaitteille.

Piinitridiä käytetään laajalti optiikassa sen vähähäviöisen tiedonsiirto-ominaisuuden ansiosta. Mutta nyt tutkijat voivat kertoa, että uusi materiaali suoriutuu piinitridiä merkittävästi paremmin näkyvillä aallonpituuksilla.

Häviö vaikuttaa dramaattisesti optisten laitteiden suorituskykyyn. Esimerkiksi uudella alustalla valmistetuissa laserlaitteissa on yli satakertainen parannus edeltäjiinsä verrattuna valon koherenssin kestoon.

Aiheesta aiemmin:

Hitaan valon alusta sirutason fotoniikkatekniikalle

Sirulle integroitava optinen isolaattori

Fotonisiru ilman litografiaa