Ученые Калифорнийского технологического института (Caltech) разработали способ создания ультранизкопотерьных оптических путей прямо на кремниевых пластинах. Новая технология позволяет направлять свет с потерями, приближающимися к показателям оптического волокна, особенно в видимом диапазоне длин волн.
Исследователи использовали германосиликатное стекло — тот же материал, что и в оптоволокне. Волноводы формируют в виде спиралей, чтобы свет проходил длинный путь на компактной площади чипа размером всего в пару сантиметров. Это напоминает намотку волокна на катушку, но в наномасштабе.
В видимом спектре новая платформа превосходит кремниевый нитрид — стандартный материал для фотонных интегральных схем — в 20 раз. Потери снижены настолько, что лазеры на основе этих волноводов демонстрируют более чем стократное улучшение когерентности света.
Руководитель проекта Керри Вахала отмечает, что метод переносит преимущества производства оптоволокна на стандартные 8- и 12-дюймовые кремниевые пластины. Соавторы работы — постдок Хао-Цзин Чэнь и аспирант Келлан Колберн — подчеркивают, что гладкость поверхности достигается за счет «переплавки» в печи до атомарного уровня.
Результаты опубликованы в журнале Nature. Устройства уже протестированы в кольцевых резонаторах, различных типах лазеров и нелинейных резонаторах. Потенциальные применения включают чиповые атомные часы, гироскопы, квантовые системы и энергоэффективные коммуникации в дата-центрах ИИ.
Как это отразится на развитии миниатюрных сенсоров и квантовых технологий в ближайшие годы? Пока ясно одно: низкие потери открывают путь к более когерентным и экономичным фотонным схемам, которые раньше казались недостижимыми на кремнии.
Работа финансировалась DARPA, ВВС США и другими организациями. Ученые подчеркивают, что это лишь промежуточный этап — впереди еще значительный прогресс.
