Naukowcy z California Institute of Technology (Caltech) opracowali sposób tworzenia ścieżek optycznych o ultraniskich stratach bezpośrednio na płytkach krzemowych. Nowa technologia pozwala na kierowanie światłem ze stratami zbliżonymi do parametrów światłowodów, zwłaszcza w zakresie widzialnym długości fal.
Badacze wykorzystali szkło germanokrzemianowe — ten sam materiał, co w światłowodach. Falowody formowane są w kształcie spirali, dzięki czemu światło pokonuje długą drogę na kompaktowej powierzchni chipa o wymiarach zaledwie kilku centymetrów. Przypomina to nawijanie światłowodu na szpulę, ale w nanoskali.
W widmie widzialnym nowa platforma przewyższa azotek krzemu — standardowy materiał dla fotonicznych układów scalonych — 20-krotnie. Straty zostały obniżone do tego stopnia, że lasery oparte na tych falowodach wykazują ponad stukrotną poprawę spójności światła.
Kierownik projektu Kerry Vahala zauważa, że metoda ta przenosi zalety produkcji światłowodów na standardowe 8- i 12-calowe płytki krzemowe. Współautorzy pracy — stażysta podoktorski Hao-Jing Chen oraz doktorant Kellan Colburn — podkreślają, że gładkość powierzchni osiągana jest dzięki „przetapianiu” w piecu do poziomu atomowego.
Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Nature. Urządzenia zostały już przetestowane w rezonatorach pierścieniowych, różnych typach laserów oraz rezonatorach nieliniowych. Potencjalne zastosowania obejmują chipowe zegary atomowe, żyroskopy, systemy kwantowe oraz energooszczędną komunikację w centrach danych AI.
Jak wpłynie to na rozwój miniaturowych czujników i technologii kwantowych w najbliższych latach? Na razie jasne jest jedno: niskie straty otwierają drogę do bardziej spójnych i ekonomicznych układów fotonicznych, które wcześniej wydawały się nieosiągalne na krzemie.
Prace były finansowane przez DARPA, Siły Powietrzne USA oraz inne organizacje. Naukowcy podkreślają, że jest to dopiero etap przejściowy — przed nami jeszcze znaczący postęp.
