Вчені Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech) розробили спосіб створення оптичних шляхів з ультранизькими втратами прямо на кремнієвих пластинах. Нова технологія дозволяє спрямовувати світло з втратами, що наближаються до показників оптичного волокна, особливо у видимому діапазоні довжин хвиль.
Дослідники використали германосилікатне скло — той самий матеріал, що й в оптоволокні. Хвилеводи формують у вигляді спіралей, щоб світло проходило довгий шлях на компактній площі чипа розміром лише в пару сантиметрів. Це нагадує намотування волокна на котушку, але в наномасштабі.
У видимому спектрі нова платформа перевершує кремнієвий нітрид — стандартний матеріал для фотонних інтегральних схем — у 20 разів. Втрати знижені настільки, що лазери на основі цих хвилеводів демонструють більш ніж стократне покращення когерентності світла.
Керівник проєкту Керрі Вахала зазначає, що метод переносить переваги виробництва оптоволокна на стандартні 8- та 12-дюймові кремнієві пластини. Співавтори роботи — постдок Хао-Цзін Чень та аспірант Келлан Колберн — підкреслюють, що гладкість поверхні досягається за рахунок «переплавлення» в печі до атомарного рівня.
Результати опубліковані в журналі Nature. Пристрої вже протестовані в кільцевих резонаторах, різних типах лазерів та нелінійних резонаторах. Потенційні застосування включають чипові атомні годинники, гіроскопи, квантові системи та енергоефективні комунікації в дата-центрах ШІ.
Як це позначиться на розвитку мініатюрних сенсорів та квантових технологій у найближчі роки? Поки що ясно одне: низькі втрати відкривають шлях до більш когерентних та економічних фотонних схем, які раніше здавалися недосяжними на кремнії.
Робота фінансувалася DARPA, ВПС США та іншими організаціями. Вчені підкреслюють, що це лише проміжний етап — попереду ще значний прогрес.
