Wetenschappers van het California Institute of Technology (Caltech) hebben een methode ontwikkeld om optische paden met ultralage verliezen direct op siliciumwafers te creëren. De nieuwe technologie maakt het mogelijk om licht te geleiden met verliezen die de prestaties van optische vezels benaderen, vooral in het zichtbare golflengtebereik.
De onderzoekers gebruikten germanosilicaatglas — hetzelfde materiaal als in glasvezel. De golfgeleiders worden in de vorm van spiralen gevormd, zodat het licht een lange weg aflegt op een compact chipoppervlak van slechts een paar centimeter. Dit doet denken aan het wikkelen van vezels op een spoel, maar dan op nanoschaal.
In het zichtbare spectrum overtreft het nieuwe platform siliciumnitride — het standaardmateriaal voor fotonische geïntegreerde schakelingen — met een factor 20. De verliezen zijn zo verlaagd dat lasers op basis van deze golfgeleiders een verbetering van de lichtcoherentie van meer dan honderd keer vertonen.
Projectleider Kerry Vahala merkt op dat de methode de voordelen van glasvezelproductie overbrengt naar standaard 8- en 12-inch siliciumwafers. Co-auteurs van het werk, postdoc Hao-Jing Chen en promovendus Kellan Colburn, benadrukken dat de gladheid van het oppervlak wordt bereikt door het 'omsmelten' in een oven tot op atomair niveau.
De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature. De apparaten zijn reeds getest in ringresonatoren, verschillende soorten lasers en niet-lineaire resonatoren. Mogelijke toepassingen zijn onder meer atoomklokken op chips, gyroscopen, kwantumsystemen en energiezuinige communicatie in AI-datacenters.
Hoe zal dit de ontwikkeling van miniatuursensoren en kwantumtechnologieën in de komende jaren beïnvloeden? Eén ding is duidelijk: lage verliezen maken de weg vrij voor meer coherente en economische fotonische circuits die voorheen onbereikbaar leken op silicium.
Het werk werd gefinancierd door DARPA, de Amerikaanse luchtmacht en andere organisaties. De wetenschappers benadrukken dat dit slechts een tussenfase is — er ligt nog aanzienlijke vooruitgang in het verschiet.
