カリフォルニア工科大学（Caltech）の研究チームは、シリコンウェハー上に直接、超低損失の光路を形成する手法を開発した。この新技術により、特に可視光波長域において、光ファイバーに匹敵する低損失での光伝送が可能となる。
研究者らは、光ファイバーと同じ素材であるゲルマノケイ酸塩ガラスを使用した。導波路はスパイラル状に形成されており、わずか数センチメートルというコンパクトなチップ面積の中で、光が長い距離を伝搬できるようにしている。これは光ファイバーをリールに巻き取るのと似ているが、それをナノスケールで実現している。
可視光スペクトルにおいて、この新しいプラットフォームは、フォトニック集積回路の標準材料である窒化ケイ素を20倍上回る性能を示す。損失が大幅に低減されたことで、これらの導波路を用いたレーザーは、光のコヒーレンスにおいて百倍以上の向上を実現している。
プロジェクトリーダーのケリー・ヴァハラ氏は、この手法により光ファイバー製造の利点を標準的な8インチおよび12インチのシリコンウェハーに適用できるようになったと指摘する。共同研究者であるポスドクのハオ・ジン・チェン氏と大学院生のケラン・コルバーン氏は、炉内での「再溶融」プロセスにより原子レベルの表面平滑性が達成されていることを強調している。
研究成果は学術誌『Nature』に掲載された。このデバイスはすでにリング共振器、各種レーザー、非線形共振器でテスト済みである。潜在的な応用先には、チップスケールの原子時計、ジャイロスコープ、量子システム、AIデータセンター向けのエネルギー効率の高い通信などが含まれる。
これが今後数年間の小型センサーや量子技術の発展にどのような影響を与えるだろうか。現時点で明らかなのは、低損失化が、これまでシリコン上では不可能と思われていた、よりコヒーレントで経済的なフォトニック回路への道を開くということである。
本研究はDARPA、米国空軍、およびその他の機関から資金提供を受けた。研究チームは、これがまだ中間段階であり、今後さらなる大きな進歩が期待されると強調している。
