Optinen pistokeliitäntä fotonipiireille

Fotoniset integroidut piirit käyttävät valoa elektronien sijaan tiedonsiirtoon. Niillä on valtava potentiaali innovaatioille teknologioissa, kuten kvanttiviestinnässä, neuromorfisessa laskennassa tai optisessa suurnopeusviestinnässä.

Yksi näiden piirien suurimmista teknisistä haasteista on datan kytkeminen ja irrottaminen. Optisia kuituja käytetään yleensä valon siirtämiseen sirulle minimaalisella häviöllä. Ne on kuitenkin sijoitettava alle viiden mikrometrin tarkkuudella kaikissa ulottuvuuksissa, muuten suurin osa valosta menetetään.

Heidelbergin tutkijoiden mukaan tämä prosessi on hidas, kallis ja vaikeasti automatisoitava. Yksi vaihtoehto on integroida kuituihin ja siruihin pieniä mikrolinssejä kohdistustoleranssien lieventämiseksi.

Mikrolinssien valmistus on monimutkaista ja ne toimivat vain rajoitetulla aallonpituusalueella, mikä tulee suurten kaistanleveyksien kustannuksella – fotoniikan merkittävä etu.

Heidelbergin tutkimusryhmä ratkaisi tämän ongelman kehittämällä uuden konseptin kuitu-siru-yhteydelle. Tutkijat käyttävät valokuitukaapeleita, jotka on kohdistettu tarkasti lasipintaan ja varustettu standardoiduilla kohdistustappirei'illä. Kytkennälle tarvittava vastakappale – joka toimii "pistokkeena" – valmistetaan suoraan fotonimikrosirun pinnalle erittäin tarkan 3D-mikrotulostuksen avulla.

Kuituoptiikan kytkentä fotonisiruihin ja irrotus niistä saavutetaan kolmiulotteisesti tulostettujen kokonaisheijastuskytkimien avulla, jotka ohjaavat valoaallot uudelleen minimaalisella häviöllä.

Nämä superlaajakaistakytkimet on suunniteltu tietoliikenteelle tyypillisille 1 500–1 600 nanometrin aallonpituuksille, ja ne osoittavat aallonpituudesta riippumatonta siirtoa tällä alueella. ”Tämä 'plug and play' -ratkaisu' takaa, että dataa ei menetetä kytkentäprosessin aikana”, sanoo tohtoriopiskelija Erik Jung,

Uuden kytkentäkonseptin avulla Heidelbergin yliopiston tutkijat ovat onnistuneet tehokkaasti käsittelemään neuromorfista fotoniprosessoria, jossa on 17 porttia eli tietoliikenteen päätepistettä.

Tutkijoiden mukaan pistokkeesta voisi siksi tulla keskeinen komponentti seuraavan sukupolven laskenta- ja viestintäjärjestelmissä sekä tulevaisuuden sovelluksissa, kuten optisessa anturitekniikassa.