Оптоволокно эффективно передает оптический сигнал на большие расстояния
Оптоволокно эффективно передает сигнал на большие расстояния благодаря исключительно чистому стеклу и идеально гладким внутренним поверхностям. Свет при этом почти не рассеивается и не поглощается. Ученые давно пытаются перенести это качество с катушек оптоволокна на плоские кремниевые пластины, на которых изготавливают микросхемы. Специалисты Калифорнийского технологического института (Caltech) под руководством профессора Керри Вахалы сумели напечатать оптические цепи из того же стекла, что и в волокне, прямо на стандартных кремниевых пластинах диаметром 8 и 12 дюймов.
Ключевым элементом стали волноводы — нанометровые «дорожки» на чипе, по которым направляется свет. Их делают из германосиликатного стекла, которое широко используется в оптоволокне. Волноводы выкладывают не прямыми линиями, а спиралями, как будто наматывая оптоволокно на миниатюрную катушку. Так свет проходит большой путь в пределах крошечной области, а измерять и контролировать потери можно так, как если бы речь шла о метрах и даже километрах трассы.
Особенно впечатляющие результаты получены в видимом диапазоне длин волн. Именно там традиционные материалы, например, нитрид кремния, сильно проигрывали оптоволокну по уровню потерь. Новый германосиликатный волновод, по словам соавтора работы, постдока Хао-Цзина Чэня, превосходит лучшие результаты на нитриде кремния примерно в 20 раз, и потенциал для дальнейшего улучшения еще есть. Один из приемов — так называемый «переплав» поверхности: благодаря относительно низкой температуре плавления стекла чип можно нагреть в печи так, чтобы поверхность волноводов «растеклась» и стала почти атомарно гладкой, что позволит существенно уменьшить рассеяние света.
Новая технология позволяет проводить свет по кремниевым чипам с рекордно малыми потерями.Снижение потерь напрямую отражается на характеристиках устройств. Лазеры на новой платформе показали более чем стократный рост когерентности — то есть их свет дольше сохраняет упорядоченную фазу и частоту. Это критично для оптических часов, прецизионных датчиков и квантовых систем с ионами, где требуется работа именно на видимых длинах волн. По оценке авторов работы, уменьшение потерь в каждые 10 раз даст стократное повышение когерентности.
Хотя сами чипы всего пару сантиметров в поперечнике, многие устройства на них — например кольцевые резонаторы — заставляют свет циркулировать по той же траектории тысячи и миллионы раз. Эффективная длина пути вырастает до масштабов километров, и тогда каждый дополнительный процент сохраненного света превращается в заметный прирост чувствительности, стабильности частоты или энергоэффективности.
Авторы работы уже создали на новом материале кольцевые резонаторы, несколько типов лазеров и устройства, генерирующие целые «гребенки» оптических частот. По словам Вахалы, это пока лишь промежуточный этап многолетнего проекта, но он открывает дорогу к созданию универсальной платформы для множества оптических и квантовых технологий на одном чипе.
Ранее ученые разработали инновационный чип с ИИ: он работает как человеческий мозг.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
