Исследователи из США впервые интегрировали сверхмалошумящие лазеры и фотонные волноводы в один чип. Это долгожданное достижение может позволить проводить высокоточные эксперименты с атомными часами и другими квантовыми технологиями в одном интегрированном устройстве, устраняя необходимость в оптических столах размером с комнату в некоторых приложениях.
Когда электроника была в зачаточном состоянии, исследователи работали с диодами, транзисторами и так далее как с автономными устройствами. Истинный потенциал технологии был реализован только после 1959 года, когда изобретение интегральной схемы позволило упаковать все эти компоненты в микросхему. Исследователи в области фотоники хотели бы совершить аналогичный подвиг интеграции, но столкнулись с препятствием: «Для фотонной связи нам нужно использовать источник света, который обычно является лазером, в качестве передатчика для отправки сигнала в нисходящие оптические каналы, такие как волокон или волноводов», объясняет Чао Сян, который руководил исследованием в качестве постдока в Джон Бауэрс группы в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре. «Но когда вы посылаете свет, он обычно генерирует некоторое обратное отражение: оно возвращается в лазер и делает его очень нестабильным».
Чтобы избежать таких отражений, исследователи обычно вставляют изоляторы. Они позволяют свету проходить только в одном направлении, нарушая естественную двустороннюю взаимность распространения света. Сложность заключается в том, что в стандартных изоляторах это достигается с помощью магнитного поля, что создает проблемы для предприятий по производству микросхем. «Производители КМОП предъявляют очень строгие требования к тому, что они могут иметь в чистых помещениях», — объясняет Сян, который сейчас работает в Университете Гонконга. «Магнитные материалы обычно не допускаются».
Интегрированный, но отдельный
Поскольку высокие температуры, необходимые для отжига волноводов, могут повредить другие компоненты, Сян, Бауэрс и их коллеги начали с изготовления волноводов из нитрида кремния со сверхмалыми потерями на кремниевой подложке. Затем они покрыли волноводы несколькими слоями материалов на основе кремния и установили малошумящий лазер на фосфате индия в верхней части стека. Если бы они установили лазер и волновод вместе, травление, связанное с изготовлением лазера, повредило бы волноводы, но склеивание последующих слоев сверху решило эту проблему.
Разделение лазера и волноводов также означало, что единственным способом взаимодействия двух устройств была связь через промежуточный «слой перераспределения» нитрида кремния через их исчезающие поля (компоненты электромагнитного поля, которые не распространяются, а вместо этого экспоненциально затухают при удалении от источник). Таким образом, расстояние между ними минимизировало нежелательные помехи. «Верхний лазер и нижний волновод со сверхмалыми потерями расположены очень далеко, — говорит Сян, — поэтому они оба могут иметь наилучшие возможные характеристики сами по себе. Контроль слоя перераспределения нитрида кремния позволяет соединять их именно там, где вы хотите. Без него они бы не соединились».
Сочетание лучших активных и пассивных устройств
Исследователи показали, что эта лазерная установка устойчива к шуму на уровнях, ожидаемых в стандартных экспериментах. Они также продемонстрировали полезность своего устройства, создав настраиваемый генератор микроволновой частоты, регулируя частоту биений между двумя такими лазерами, что ранее не применялось на интегральных схемах.
Учитывая огромный спектр применений сверхмалошумящих лазеров в современных технологиях, команда говорит, что возможность использовать такие лазеры в интегрированной кремниевой фотонике — это большой шаг вперед. «Наконец, на одном чипе мы можем иметь лучшие активные устройства и лучшие пассивные устройства вместе», — говорит Сян. «Для следующего шага мы собираемся использовать эти сверхмалошумящие лазеры, чтобы реализовать очень сложные оптические функции, например, в прецизионной метрологии и датчиках».
Метаповерхности с вытекающими волнами соединяют волноводы с оптикой свободного пространства.
Скотт Диддамс, физик-оптик из Колорадского университета в Боулдере, США, не участвовавший в исследовании, впечатлен: «Эта проблема интегрированных лазеров с оптическими изоляторами была бичом сообщества в течение как минимум десяти лет, и никто знает, как решить проблему создания действительно малошумящего лазера на кристалле… так что это настоящий прорыв», — говорит он. «Такие люди, как Джон Бауэрс, работали в этой области в течение 20 лет, и поэтому они знали основные строительные блоки, но выяснить, как заставить их все работать идеально вместе, — это не просто склеить кусочки вместе».
Диддамс добавляет, что новое интегрированное устройство, вероятно, будет «очень эффективным» в квантовых вычислениях. «Серьезные компании пытаются создавать платформы, в которых участвуют атомы и ионы — эти атомы и ионы работают с очень специфическими цветами, и мы разговариваем с ними с помощью лазерного излучения», — объясняет он. «Никто никогда не сможет построить функционирующий квантовый компьютер в масштабе без интегрированной фотоники».
Исследование опубликовано в природа.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Автомобили / электромобили, Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- Смещения блоков. Модернизация права собственности на экологические компенсации. Доступ здесь.
- Источник: https://physicsworld.com/a/all-in-one-chip-combines-laser-and-photonic-waveguide-for-the-first-time/
- :имеет
- :является
- :нет
- :куда
- 160
- 20
- 20 лет
- a
- в состоянии
- О нас
- выполнять
- достижение
- активный
- Добавляет
- После
- Все
- все в одном
- позволять
- позволяет
- причислены
- an
- и
- Приложения
- МЫ
- AS
- At
- избежать
- прочь
- назад
- основной
- BE
- было
- начал
- не являетесь
- ЛУЧШЕЕ
- между
- большой
- Блоки
- изоферменты печени
- Дно
- Разрыв
- прорыв
- строить
- Строительство
- но
- by
- Калифорния
- CAN
- определенный
- чип
- Часы
- коллеги
- Колорадо
- комбинаты
- сообщество
- Компании
- комплекс
- компоненты
- компьютер
- вычисление
- Свяжитесь
- контроль
- может
- Пара
- соединенный
- покрытый
- десятилетие
- убивают
- устройство
- Устройства
- Трудность
- направление
- расстояние
- do
- Electronics
- включить
- огромный
- НИКОГДА
- точно,
- пример
- ожидаемый
- Эксперименты
- Объясняет
- экспоненциально
- изготовление
- Face
- средства
- далеко
- подвиг
- поле
- Поля
- First
- Впервые
- Что касается
- вперед
- свободное место
- частота
- от
- функциональные возможности
- функционирование
- порождать
- генератор
- идет
- будет
- было
- Есть
- he
- High
- Hong
- Гонконге
- Как
- How To
- HTTPS
- изображение
- изображений
- впечатленный
- in
- информация
- вместо
- интегрированный
- интеграции.
- взаимодействовать
- Вмешательство
- в
- Изобретение
- включать в себя
- вовлеченный
- вопрос
- IT
- ЕГО
- John
- JPG
- всего
- известный
- Kong
- лазер
- лазеры
- слой
- слоев
- Leap
- наименее
- привело
- уровни
- легкий
- такое как
- Вероятно
- LINK
- связи
- Список
- сделанный
- Магнитное поле
- сделать
- ДЕЛАЕТ
- Создание
- материалы
- макс-ширина
- означает,
- метрология
- Модерн
- натуральный
- природа
- Необходимость
- Новые
- следующий
- нет
- Шум
- нормально
- сейчас
- of
- on
- ONE
- только
- на
- работать
- or
- Другое
- внешний
- собственный
- Упаковывать
- pass
- пассивный
- Выполнять
- производительность
- Фото
- Физика
- Мир физики
- штук
- Платформы
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- представляет
- возможное
- потенциал
- практическое
- Точность
- предварительно
- Проблема
- проблемам
- производства
- опубликованный
- Квантовый
- Квантовый компьютер
- квантовые вычисления
- ассортимент
- реальные
- реализованный
- на самом деле
- удаление
- обязательный
- Требования
- исследованиям
- исследователи
- надежный
- Комната
- то же
- Санта-
- сообщили
- говорит
- Шкала
- Отправить
- установка
- несколько
- показал
- сигнал
- кремний
- аналогичный
- одинарной
- So
- РЕШАТЬ
- некоторые
- удалось
- Источник
- конкретный
- стек
- стандарт
- Шаг
- Строгий
- последующее
- такие
- Говорить
- команда
- технологии
- Технологии
- который
- Ассоциация
- их
- Их
- тогда
- Эти
- они
- этой
- те
- Через
- миниатюрами
- Таким образом
- время
- в
- вместе
- топ
- правда
- два
- Университет
- Университет Калифорнии
- нежелательный
- us
- использование
- через
- обычно
- очень
- с помощью
- хотеть
- законопроект
- Путь..
- we
- Что
- когда
- который
- КТО
- будете
- в
- без
- Работа
- работавший
- работает
- Мир
- бы
- лет
- Ты
- зефирнет