Представлена новая недорогая высокоэффективная фотонная интегральная схема

Прочитано: 85 раз(а)


Быстрое развитие фотонных интегральных схем (PIC), которые объединяют множество оптических устройств и функций на одном кристалле, произвело революцию в оптических коммуникациях и вычислительных системах.

На протяжении десятилетий кремниевые PIC доминировали в этой области благодаря своей экономической эффективности и интеграции с существующими технологиями производства полупроводников, несмотря на их ограничения в отношении полосы пропускания электрооптической модуляции. Тем не менее, чипы оптических приемопередатчиков кремний-на-изоляторе были успешно коммерциализированы, обеспечивая передачу информационного трафика по миллионам стеклянных волокон в современных центрах обработки данных.

Недавно пластинчатая платформа ниобата лития на изоляторе стала превосходным материалом для фотонных интегральных электрооптических модуляторов благодаря ее сильному коэффициенту Поккельса, который необходим для высокоскоростной оптической модуляции. Тем не менее, высокие затраты и сложные производственные требования не позволяют ниобату лития получить более широкое распространение, что ограничивает его коммерческую интеграцию.

Танталат лития (LiTaO 3 ), близкий родственник ниобата лития, обещает преодолеть эти барьеры. Он обладает аналогичными превосходными электрооптическими качествами, но имеет преимущество перед ниобатом лития в масштабируемости и стоимости, поскольку уже широко используется в радиочастотных фильтрах 5G в телекоммуникационной отрасли.

Теперь ученые под руководством профессора Тобиаса Дж. Киппенберга из EPFL и профессора Синь Оу из Шанхайского института микросистем и информационных технологий (SIMIT) создали новую платформу PIC на основе танталата лития. PIC использует присущие материалу преимущества и может изменить эту отрасль, сделав высококачественные PIC более экономически выгодными. Результаты прорыва опубликованы в журнале Nature .

Исследователи разработали метод соединения пластин танталата лития, который совместим с линиями по производству кремния на изоляторе. Затем они замаскировали тонкопленочную пластину танталата лития алмазоподобным углеродом и приступили к травлению оптических волноводов, модуляторов и микрорезонаторов сверхвысокой добротности.

Травление было достигнуто путем сочетания фотолитографии в глубоком ультрафиолете (DUV) и методов сухого травления, первоначально разработанных для ниобата лития, а затем тщательно адаптированных для травления более твердого и инертного танталата лития. Эта адаптация включала оптимизацию параметров травления для минимизации оптических потерь, что является решающим фактором в достижении высокой производительности фотонных схем.

Благодаря такому подходу команда смогла изготовить высокоэффективные PIC из танталата лития с коэффициентом оптических потерь всего 5,6 дБ/м на длине волны телекоммуникаций. Еще одним важным моментом является электрооптический модулятор Маха-Цендера (MZM), устройство, широко используемое в современной высокоскоростной волоконно-оптической связи. Танталат лития MZM обеспечивает полуволновое произведение напряжения на длину 1,9 В см и электрооптическую полосу пропускания, достигающую 40 ГГц.

«Поддерживая высокоэффективные электрооптические характеристики, мы также создали на этой платформе солитонную микросоту», — говорит Чэнли Ван, первый автор исследования. «Эти солитонные микрогребенки имеют большое количество когерентных частот и в сочетании с возможностями электрооптической модуляции особенно подходят для таких приложений, как параллельные когерентные LiDAR и фотонные вычисления».

Уменьшенное двойное лучепреломление PIC из танталата лития (зависимость показателя преломления от поляризации света и направления его распространения) позволяет создавать плотные конфигурации цепей и обеспечивает широкие эксплуатационные возможности во всех диапазонах телекоммуникаций. Эта работа прокладывает путь к масштабируемому и экономически эффективному производству современных электрооптических PIC.

Представлена новая недорогая высокоэффективная фотонная интегральная схема



Новости партнеров