Gli scienziati del California Institute of Technology (Caltech) hanno sviluppato un metodo per creare percorsi ottici a bassissima perdita direttamente su wafer di silicio. La nuova tecnologia consente di guidare la luce con perdite che si avvicinano ai valori della fibra ottica, specialmente nello spettro del visibile.
I ricercatori hanno utilizzato vetro al germanosilicato, lo stesso materiale impiegato nelle fibre ottiche. Le guide d'onda sono modellate a spirale, in modo che la luce percorra una lunga distanza su una superficie compatta del chip, grande appena un paio di centimetri. Questo ricorda l'avvolgimento della fibra su una bobina, ma su scala nanometrica.
Nello spettro visibile, la nuova piattaforma supera il nitruro di silicio — il materiale standard per i circuiti fotonici integrati — di 20 volte. Le perdite sono ridotte a tal punto che i laser basati su queste guide d'onda mostrano un miglioramento della coerenza della luce superiore a cento volte.
Il responsabile del progetto, Kerry Vahala, osserva che il metodo trasferisce i vantaggi della produzione di fibre ottiche ai comuni wafer di silicio da 8 e 12 pollici. I coautori del lavoro, il postdoc Hao-Jing Chen e il dottorando Kellan Colburn, sottolineano che la levigatezza della superficie si ottiene tramite una «rifusione» in forno a livello atomico.
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature. I dispositivi sono già stati testati in risonatori ad anello, vari tipi di laser e risonatori non lineari. Le potenziali applicazioni includono orologi atomici su chip, giroscopi, sistemi quantistici e comunicazioni ad alta efficienza energetica nei data center per l'IA.
Come influirà tutto ciò sullo sviluppo di sensori miniaturizzati e tecnologie quantistiche nei prossimi anni? Per ora una cosa è certa: le basse perdite aprono la strada a circuiti fotonici più coerenti ed economici, che in precedenza sembravano irraggiungibili sul silicio.
Il lavoro è stato finanziato dalla DARPA, dall'aeronautica militare statunitense e da altre organizzazioni. Gli scienziati sottolineano che questa è solo una fase intermedia: ci attendono progressi significativi.
