Исследовательская группа из Стэнфордского университета объявила об успешном изготовлении эффективного пассивного сверхтонкого лазерного изолятора с кремнием.
Интегральные схемы на основе кремния будут подчиняться закону Мура и могут способствовать развитию полупроводниковых технологий. С появлением фотонных интегральных схем исследователи вышли за рамки традиционной архитектуры схем. Однако отсутствие стабильного и надежного лазерного источника на кремниевой микросхеме всегда было основным препятствием, ограничивающим потенциал кремниевых фотонных интегральных схем — каждому лазерному лучу нужен изолятор, чтобы сделать его нестабильным и предотвратить попадание обратного отражения в лазер.
Традиционное оптическое волокно и большие оптические системы часто используют оптические изоляторы с эффектом Фарадея для обслуживания лазеров. Хотя этот метод можно повторно применить к чипу, его масштабируемость по-прежнему плоха, поскольку он несовместим с технологией комплементарных оксидов металлов и полупроводников (CMOS). С другой стороны, ученые также добились прогресса в создании немагнитных изоляторов (независимых от эффекта Фарадея), но это приведет к сложности и энергопотреблению всей системы.
В своей статье, опубликованной в журнале Nature Photonics, исследователи из Стэнфордского университета предположили, что идеальный изолятор должен быть полностью пассивным и немагнитным, чтобы обеспечить плавную масштабируемость и совместимость с технологией CMOS.
Они создали эффективный пассивный изолятор на уровне чипа с использованием кремниевого материала, который можно уложить в слой полупроводникового материала, в сотни раз тоньше листа бумаги. Этот встроенный изолятор непрерывного действия, изготовленный из нитрида кремния (SiN), обычного полупроводникового материала, который легко производить в массовом порядке, обладает эффектом Керра.
Эффект Керра указывает на то, что изотропные материалы становятся двулучепреломляющими под действием электрического поля, а электрическое поле, вызванное светом, приводит к изменению показателя преломления материала, который пропорционален световому излучению. Последний эффект становится более значительным в лазерном пучке равной интенсивности.
Результаты исследований вышеупомянутой группы показывают, что эффект Керра в кольце SiN разрушает вырождение между модами по часовой стрелке и против часовой стрелки и позволяет волнам передаваться асимметрично. Основной лазерный луч проходит через кольцо SiN, заставляя фотоны вращаться вокруг кольца по часовой стрелке. В то же время отраженный луч заставляет фотон вращаться против часовой стрелки. Циркуляция в кольце приводит к накоплению энергии. Повышенная мощность повлияет на более слабый луч (в данном случае на отраженный луч), а на более сильный луч не повлияет.
Елена Вукович, профессор электротехники Стэнфордского университета и старший исследователь, и ее команда создали прототип в качестве доказательства концепции и продемонстрировали каскадное соединение двух кольцевых изоляторов для достижения превосходных характеристик. Они также сообщили, что могут сбалансировать изоляцию и потери, связанные с соединением кольцевого резонатора, путем изменения соединения.
Затем исследователи планируют продолжить изучение изоляторов с различными оптическими частотами и будут работать над уменьшением количества этих компонентов, чтобы исследовать другие области применения изоляторов на уровне микросхем.
Источник из ofweek.com
