«Кремниевая фотоника способна объединить оптические устройства и современные микроэлектронные схемы на одном кристалле», – сказал член исследовательской группы Ся Чен из Университета Саутгемптона. «Мы ожидаем, что конфигурируемые схемы кремниевой фотоники значительно расширят область применения кремниевой фотоники, а также снизят затраты, что сделает эту технологию более полезной для потребительских приложений."
В журнале Optics Express оптического общества (OSA) исследователи во главе с Грэмом Ридом демонстрируют новый подход к коммутационным блокам, которые можно использовать в качестве строительных блоков для создания более крупных программируемых фотонных схем на основе микросхем.
«Разработанная нами технология найдет широкое применение, – сказал Чен. «Например, его можно использовать для создания интегрированных сенсорных устройств для обнаружения биохимических и медицинских веществ, а также оптических трансиверов для соединений, используемых в высокопроизводительных вычислительных системах и центрах обработки данных."
Стираемые компоненты
Новая работа основана на более ранних исследованиях, в которых исследователи разработали стираемую версию оптического компонента, известного как решетчатый элемент связи, путем имплантации ионов германия в кремний. Эти ионы вызывают повреждение, которое изменяет показатель преломления кремния в этой области.
Затем можно использовать нагрев локальной области с помощью процесса лазерного отжига, чтобы изменить показатель преломления и стереть решетчатый элемент связи.
В статье Optics Express исследователи описывают, как они применили ту же технику имплантации ионов германия для создания стираемых волноводов и направленных ответвителей, компонентов, которые можно использовать для создания реконфигурируемых схем и переключателей.
Это первый случай создания субмикронных стираемых волноводов из кремния.
«Обычно мы думаем об ионной имплантации как о чем-то, что вызывает большие оптические потери в фотонной интегральной схеме», – сказал Чен. «Однако мы обнаружили, что тщательно спроектированная структура и использование правильного рецепта ионной имплантации могут создать волновод, который передает оптические сигналы с разумными оптическими потерями."
Построение программируемых схем
Они продемонстрировали новый подход, спроектировав и изготовив волноводы, направленные ответвители и схемы переключения 1 X 4 и 2 X 2, используя производственный цех Cornerstone Университета Саутгемптона. Фотонные устройства из разных чипов, протестированные как до, так и после программирования с помощью лазерного отжига, показали стабильную производительность.
Поскольку методика включает физическое изменение маршрута фотонного волновода с помощью одноразовой операции, дополнительная мощность не требуется для сохранения конфигурации при программировании.
Исследователи также обнаружили, что электрический отжиг с использованием местного встроенного нагревателя, а также лазерный отжиг могут использоваться для программирования схем.
Исследователи работают с компанией под названием ficonTEC, чтобы сделать эту технологию практичной за пределами лаборатории, разработав способ применения процесса лазерного и / или электрического отжига в масштабе пластин с использованием обычного зонда пластин (машины для тестирования пластин), так что сотни или тысячи чипов могут быть запрограммированы автоматически.
В настоящее время они работают над интеграцией процессов лазерного и электрического отжига в такой зонд в масштабе пластины – прибор, который используется в большинстве электронно-фотонных литейных производств, – который проходит испытания в Саутгемптонском университете.