Швейцарские ученые усовершенствовали оптический чип
Новый принцип введения оптической нелинейности второго порядка в кристаллы из нитрида кремния успешно применили для миниатюризации и энергоэффективности электронных чипов исследователи из Лаборатории фотонных систем Федеральной политехнической школы Лозанны, сообщает 7 января сайт научно-технических новостей Phys.org.
Статья с результатами исследования была опубликована в журнале Nature Photonics.
Руководитель лаборатории профессор Камиль Брес пояснил, что когда нужно получить лазер, излучающий, например, зеленый цвет, который сложно получить, то разработчики меняют частоту существующего лазера, который излучает с частотой, которая вдвое меньше зеленой.
Они ее удваивают, используя нелинейность в кристалле, и получают желаемый зеленый цвет. «Наше исследование, — продолжил Камиль Брес, — состоит в интеграции этой функции, но на микросхемах, которые могут быть изготовлены с использованием стандартных технологий, разработанных для электроники (CMOS). Благодаря этому мы сможем эффективно генерировать различные цвета света на чипе».
Новый подход ранее никогда не применялся. Однако на пути его применения стоит основное препятствие — в современных фотонных чипах, совместимых с процессами CMOS, используются стандартные фотонные материалы, такие как кремний, которые не обладают нелинейностью второго порядка и поэтому не способны преобразовывать свет.
Эта проблема была решена учеными с помощью создания нелинейности в кристалле, а для увеличения ее эффективности использовали резонатор фирмы Ligentec SA из нитрида кремния — кольцевую структуру, которая усиливает нелинейные процессы. Эти резонаторы имеют очень низкие потери, так что свет циркулирует в них в течение очень долгого времени.
Соавтор статьи, кандидат наук Эдгарс Нитисс рассказал: «Нелинейность возникает из-за взаимодействия между светом и материей. Этот обмен должен быть длительным, чтобы процесс был функциональным и эффективным».
Однако существует еще одна проблема — резонаторы имеют ограничения по цвету излучения. Исследователи нашли решение, позволяющее избежать этого ограничения и получить доступ к диапазону нескольких цветов, несмотря на использование резонатора.
С помощью их метода в резонаторе световые волны распространяются, вызывая когерентное взаимодействие, изменяющее свойства материала. Самоорганизация структуры достигается полностью оптическим способом, который автоматически компенсирует фазовое рассогласование независимо от входного цвета.
Ранее ИА Красная Весна сообщало, что специалисты НИУ МИЭТ (Институт перспективных материалов и технологий) и МПГУ (Лаборатория квантовых детекторов) совместно с другими российскими учеными разработали и изготовили уникальный чип, который позволит разрабатывать фотонные «микросхемы» нового поколения, который станет основой главного элемента нейроморфных компьютеров — искусственного синапса.
