Hepsi bir arada çip, lazer ve fotonik dalga kılavuzunu ilk kez birleştiriyor – Fizik Dünyası

ABD'deki araştırmacılar, ultra düşük gürültülü lazerleri ve fotonik dalga kılavuzlarını ilk kez tek bir çipe entegre ettiler. Bu uzun zamandır aranan başarı, tek bir entegre cihazda atomik saatler ve diğer kuantum teknolojileri ile yüksek hassasiyetli deneyler gerçekleştirmeyi mümkün kılarak, belirli uygulamalarda oda boyutunda optik tablolara olan ihtiyacı ortadan kaldırabilir.

Elektronik emekleme dönemindeyken, araştırmacılar bağımsız cihazlar olarak diyotlar, transistörler vb. ile çalıştılar. Teknolojinin gerçek potansiyeli ancak 1959'dan sonra, entegre devrenin icadı tüm bu bileşenleri bir çip üzerinde toplamayı mümkün kıldığında fark edildi. Fotonik araştırmacıları benzer bir entegrasyon becerisini gerçekleştirmek isterler, ancak bir engelle karşılaşırlar: "Bir fotonik bağlantı için, sinyali aşağıdaki optik bağlantılara göndermek için verici olarak normalde bir lazer olan bir ışık kaynağı kullanmamız gerekir. lifler veya dalga kılavuzları" diye açıklıyor Chao Xiang, araştırmayı postdoc olarak yöneten John Bowers'ın Grup Kaliforniya Üniversitesi, Santa Barbara'da. "Ama ışığı gönderdiğinizde, normalde bir miktar geri yansıma oluşturur: bu, lazere geri döner ve onu çok kararsız hale getirir."

Bu tür yansımalardan kaçınmak için, araştırmacılar genellikle izolatörler yerleştirirler. Bunlar, ışığın yalnızca bir yönde geçmesine izin vererek, ışık yayılımının doğal iki yönlü karşılıklılığını bozar. Zorluk, endüstri standardı izolatörlerin bunu bir manyetik alan kullanarak gerçekleştirmesidir, bu da çip yapma tesisleri için sorun teşkil eder. Şu anda Hong Kong Üniversitesi'nde görev yapan Xiang, "CMOS fabrikalarının temiz odada nelere sahip olabilecekleri konusunda çok katı gereksinimleri var" diye açıklıyor. "Manyetik malzemelere normalde izin verilmez."

Entegre ama ayrı

Dalga kılavuzlarını tavlamak için gereken yüksek sıcaklıklar diğer bileşenlere zarar verebileceğinden, Xiang, Bowers ve meslektaşları, bir silikon substrat üzerinde çok düşük kayıplı silikon nitrür dalga kılavuzları imal ederek işe başladılar. Daha sonra dalga kılavuzlarını birkaç silikon bazlı malzeme katmanıyla kapladılar ve yığının tepesine düşük gürültülü bir indiyum fosfat lazer yerleştirdiler. Lazeri ve dalga kılavuzunu birlikte monte etmiş olsalardı, lazerin imalatında yer alan aşındırma dalga kılavuzlarına zarar verirdi, ancak sonraki katmanları üstte yapıştırmak bu sorunu ortadan kaldırdı.

Lazeri ve dalga kılavuzlarını ayırmak, aynı zamanda, iki cihazın etkileşim kurabilmesinin tek yolunun, bir ara silikon nitrür "yeniden dağıtma katmanı" yoluyla, kaybolan alanları (yayılmayan ancak bunun yerine katlanarak uzağa dağılan bir elektromanyetik alanın bileşenleri) aracılığıyla bağlanmak olduğu anlamına geliyordu. bir kaynak). Böylece aralarındaki mesafe, istenmeyen girişimi en aza indirdi. Xiang, "En üstteki lazer ve en alttaki ultra düşük kayıplı dalga kılavuzu çok uzakta," diyor, "böylece her ikisi de mümkün olan en iyi performansı kendi başlarına alabilir. Silisyum nitrür yeniden dağıtma katmanının kontrolü, bunların tam olarak olmasını istediğiniz yerde birleştirilmelerini sağlar. Onsuz çift olmazlardı.”

En iyi aktif ve pasif cihazları birleştirmek

Araştırmacılar, bu lazer kurulumunun standart deneylerde beklenen seviyelerde gürültüye dayanıklı olduğunu gösterdi. Ayrıca, bu tür iki lazer arasındaki atım frekansını ayarlayarak ayarlanabilir bir mikrodalga frekans üreteci üreterek cihazlarının kullanışlılığını da gösterdiler - bu, daha önce bir entegre devrede pratik olmayan bir şeydi.

Ekip, modern teknolojide ultra düşük gürültülü lazerler için muazzam uygulama yelpazesi göz önüne alındığında, bu tür lazerleri entegre silikon fotonikte kullanabilmenin ileriye doğru büyük bir adım olduğunu söylüyor. Xiang, "Son olarak, aynı çip üzerinde, en iyi aktif cihazlara ve en iyi pasif cihazlara birlikte sahip olabiliriz" diyor. "Bir sonraki adımda, hassas metroloji ve algılama gibi çok karmaşık optik işlevleri etkinleştirmek için bu çok düşük gürültülü lazerleri kullanacağız."

Sızdıran dalga metasürleri, dalga kılavuzlarını boş alan optiğine bağlar

Scott DiddamsAraştırmaya dahil olmayan Colorado Üniversitesi, Boulder, ABD'den bir optik fizikçi olan . Çip üzerinde gerçekten düşük gürültülü bir lazer yapma sorununun nasıl çözüleceği biliniyor… yani bu gerçek bir atılım” diyor. "John Bowers gibi insanlar bu alanda 20 yıldır çalışıyorlardı ve bu nedenle temel yapı taşlarını biliyorlardı, ancak hepsinin birlikte mükemmel şekilde çalışmasını sağlamak, parçaları birbirine cıvatalamaktan ibaret değil."

Diddams, yeni entegre cihazın kuantum hesaplamada muhtemelen "çok etkili" olacağını ekliyor. "Ciddi şirketler, atomları ve iyonları içeren platformlar oluşturmaya çalışıyor - bu atomlar ve iyonlar çok özel renklerde çalışıyor ve biz onlarla lazer ışığıyla konuşuyoruz" diye açıklıyor. "Bunun gibi entegre fotonikler olmadan, işleyen bir kuantum bilgisayar ölçeğinde inşa etmenin hiçbir yolu yok."

Araştırma, Tabiat.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. Otomotiv / EV'ler, karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• Blok Ofsetleri. Çevre Dengeleme Sahipliğini Modernleştirme. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/all-in-one-chip-combines-laser-and-photonic-waveguide-for-the-first-time/