Фотонні канали на чипі наблизилися за втратами світла до оптоволокна
Оптичне волокно стало основою сучасного інтернету завдяки одній ключовій властивості: світло може проходити в ньому величезні відстані з дуже малими втратами. На мікроскопічних фотонних чипах досягти такого самого результату набагато складніше, особливо у видимому діапазоні.
Команда Caltech розробила інтегровану платформу, де світло поширюється з надзвичайно малим згасанням — показники наблизилися до рівня, характерного для високоякісного оптоволокна. Причому технологія працює від фіолетової частини спектра до ближнього інфрачервоного діапазону.
Чому світло губиться на чипі
У фотонних мікросхемах канал має розміри порядку мікрометрів. Навіть невеликі нерівності краю розсіюють світло, а матеріал може частково його поглинати. На коротших довжинах хвиль ці дефекти стають особливо критичними.
Дослідники використали германосилікат — матеріал, споріднений із тим, який забезпечує низькі втрати в телекомунікаційному волокні. Його адаптували до процесу, сумісного з промисловим виготовленням напівпровідникових мікросхем.
У результаті вдалося різко зменшити як поглинання, так і розсіювання. Світло довше циркулює всередині мініатюрних резонаторів і може проходити складні маршрути без значного падіння потужності.
Від атомних годинників до квантових сенсорів
Низькі оптичні втрати потрібні там, де сигнал повинен багато разів взаємодіяти з речовиною або пройти довгий ефективний шлях у дуже маленькому пристрої.
Такі чипи можуть використовуватися в мініатюрних лазерах, спектрометрах, оптичних частотних гребінках, квантових системах і атомних годинниках. У біомедичних сенсорах довша взаємодія світла з молекулами збільшує чутливість.
Ще одна перевага — широкий спектральний діапазон. Багато фотонних платформ оптимізовані під телекомунікаційне інфрачервоне світло, тоді як атоми, молекули й біологічні мітки часто працюють у видимому діапазоні.
Нова технологія не замінить оптоволокно для передачі сигналу між містами. Її завдання інше — перенести головну перевагу волокна, дуже низькі втрати, у мікросхему, де світлом можна керувати на площі в кілька квадратних міліметрів.
