Прорыв в миниатюризации световых чипов

Фотонные интегральные схемы, которые используют свет вместо электричества для вычислений и обработки сигналов, обещают большую скорость, увеличенную полосу пропускания и большую энергоэффективность, чем традиционные схемы, использующие электричество.

Но они еще не достаточно малы, чтобы конкурировать в вычислительной технике и других приложениях, где электрические цепи продолжают преобладать.

Инженеры-электрики из Университета Рочестера считают, что они сделали важный шаг в решении этой проблемы. Используя широко применяемый исследователями фотоники материал, команда из Рочестера создала самый маленький электрооптический модулятор на сегодняшний день. Модулятор - ключевой компонент фотонного чипа, управляющий движением света по его схемам.

В Nature Communications лаборатория профессора электротехники и вычислительной техники Цян Линя (Qiang Lin) описывает использование тонкой пленки ниобата лития (LN), прикрепленной к слою диоксида кремния, для создания не только самого маленького LN-модулятора, но и такого, который энергоэффективен и работает на высокой скорости.

Это «закладывает решающий фундамент для реализации крупномасштабных фотонных интегральных схем LN, которые имеют огромное значение для широких приложений в области передачи данных, микроволновой фотоники и квантовой фотоники», - пишет ведущий автор Минсяо Ли (Mingxiao Li), аспирант в лаборатории Линя.

По словам Линь, благодаря своим выдающимся электрооптическим и нелинейно-оптическим свойствам ниобат лития «стал рабочей лошадкой в системе материалов для исследований и разработок в области фотоники». Однако современные фотонные устройства LN, созданные на основе объемного кристалла или тонкопленочной платформы, требуют больших размеров и их трудно уменьшить, что ограничивает эффективность модуляции, потребление энергии и степень интеграции схемы. Основная проблема заключается в создание высококачественных наноскопических фотонных структур с высокой точностью. Проект модулятора основан на предыдущем использовании в лаборатории ниобата лития для создания фотонного нанорезонатора - еще одного ключевого компонента фотонных чипов. Имея размер всего около микрона, нанорезонатор может настраивать длину волны, используя всего два-три фотона при комнатной температуре - «впервые мы знаем о том, что даже два или три фотона были обработаны таким образом при комнатной температуре», - говорит Линь. Модулятор можно использовать вместе с нанополостью при создании фотонного чипа в наномасштабе.

На схематическом чертеже показан электрооптический модулятор, разработанный в лаборатории Цян Линя, профессора электротехники и вычислительной техники. Самый маленький из таких компонентов из когда-либо созданных, он использует преимущества ниобата лития, материала «рабочей лошадки», используемого исследователями для создания передовых фотонных интегральных схем

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365