Волновод для будущей фотоники

Создание новой квазичастицы, названной гибридным плазмонным поляритоном, может открыть дверь к интегральным фотонным микросхемам и оптическим вычислениям в XXI столетии. Исследователи из Лоуренсовской национальной лаборатории в Беркли продемонстрировали первые истинно наномасштабные волноводы для систем связи на чипе следующего поколения.

«Мы прямо продемонстрировали наномасштабный волновод для видимого света и ближней инфракрасной области в МОП-устройстве, характеризующийся низкими потерями и широкой полосой, - сказал Сян Чжан (Xiang Zhang), возглавляющий исследования. – Разработка имеет большой потенциал для использования в наномасштабных приложениях, таких как внутричиповые оптические коммуникации, модуляция сигналов, наномасштабные лазеры и биомедицинские датчики».

Волновод способен проводить свет вдоль поверхности раздела металл-диэлектрик на достаточное расстояние для маршрутизации оптического сигнала в фотонных устройствах. Ключом изобретения является вставка тонкого слоя диэлектрика с низкой диэлектрической постоянной между металлом и полупроводником. Расстояние распространения сигнала было в 10 раз больше длины волны видимого света в вакууме и в 20 раз для ближнего инфракрасного.

Чтобы решить проблему потерь, Чжан и его группа предложили концепцию гибридного плазмонного поляритона (HPP). Полупроводниковая лента помещалась на поверхность металла, отделяясь от нее тонким слоем окисла с низкой диэлектрической постоянной. Такая конструкция привела к перераспределению энергии поступающей световой волны. Взамен концентрации ее в металле, где велики потери, некоторое количество световой энергии выдавливается в низкодиэлектрическую щель, где оптические потери значительно меньше.

Волноводная система НРР полностью совместима с современной технологией КМОП, а также с платформой полупроводник-на-изоляторе, используемой сегодня для интеграции с фотоникой.