Использование рассеянного рассеяния Бриллюэна для CMOS-совместимых высокопроизводительных оптических схем
Рассеяние Бриллюэна в прошлом вызывало проблемы для волоконной связи на телекоммуникационных длинах волн. Но стимулированное рассеяние Бриллюэна (SBS) - использование нового метода интеграции трисульфида мышьяка на чипы на основе кремния - могло бы стать ключом к новому поколению сверхвысоких оптических схем.
В принципе, использование оптики для связи должно быть намного проще, чем использование электронных компонентов. Мы использовали оптику для общения довольно долго и даже разработали волоконно-оптические сети, потому что фотоны могут передавать данные исключительно быстро. К сожалению, существуют различные препятствия для света, вытесняющего электричество, когда дело доходит до масштабов нанометровых вычислений.
Большинство современных электронных технологий, таких как мобильные телефоны и смарт-часы, используют интегральные схемы, встроенные в полупроводниковый материал из кремния. По мере увеличения многосторонности кремния возможности исследований расширялись, а потенциал оптической обработки привлек внимание многих исследовательских институтов.
Недавно международная исследовательская группа CUDOS во главе с старшим исследователем Альваро Бедоя и доктором философии Блэром Моррисоном работала в сотрудничестве с физиками из Австралийского института нанонауки и технологии RMIT и Австралийского национального университета для преодоления ограничений по обработке кремния. Результатом стала новая CMOS-совместимая платформа со встроенным нелинейным халькогенидным стеклом с высоким содержанием бриллюэна.
Создание гибридной платформы с стимулированным рассеянием Бриллюэна (SBS)
В последние несколько лет стимулированное рассеяние Бриллюэна рассматривало развитие как механизм фотоники и оптической обработки и в настоящее время считается одним из лучших типов рассеяния для нелинейной оптики. SBS возникает, когда свет высокой интенсивности, такой как лазер, проходит через среду и вызывает акустические колебания в среде.
Представление рассеянного вперед (рамановского) и рассеянного назад (Бриллюэна) света. Изображение предоставлено Mohammad Abdelnaby Hasan
Гибридная платформа группы состоит из оптических схем, изготовленных из халькогенидного стекла As 2 S 3 (мышьяковистого трисульфида), соединенного с материалом на основе кремния. Халькогенидное стекло было выбрано из-за его способности эффективно функционировать в качестве стимулированного материала рассеяния Бриллюэна. Известно, что процесс вызывает осложнения для волоконно-оптической связи, которые распространяются на большие расстояния. Однако это явление действительно используется в нескольких практических приложениях, а именно в микроволновых фотонных фильтрах.
Силиконовая платформа команды (кремниевая пластина) была изготовлена в исследовательской лаборатории из Бельгии. Затем группа взяла вафельное и термически осажденное хрустальное стекло трисульфида мышьяка, используя лабораторию лазерной физики в АНУ. Затем продукт переводили в лабораторию RMIT для проведения литографии и плазменного травления с образованием волноводов и, наконец, тестировали в AINST.
Новый вид интегрированной оптической цепи
Результаты гибридных платформ дали многообещающие результаты. Во-первых, они протестировали свой спиральный волновод, проведя серию тестов SBS с зондом-зондом, где им удалось добиться увеличения коэффициента усиления Бриллюэна почти на 50% по сравнению с предыдущими длиннами халькогенида.
Затем команда помещала волновод на встроенную область, где они завершили изготовление интегрированной оптической схемы, которая достигла бриллюэновской генерации, потенциально впервые в плоской интегральной схеме.
На рисунке (a) показан пример схемы As 2 S 3, созданной командой. Изображение предоставлено OSA.org
Одним из наиболее примечательных аспектов дизайна было то, что он предложил перспективу своей гибридной силиконовой платформы выполнять оптическую обработку в CMOS-совместимой платформе, сохраняя при этом преимущества как кремния, так и халькогенидного стекла.
В будущем платформа может быть разработана для объединения активных компонентов, таких как детекторы и модуляторы, что приводит к ультравысоким характеристикам, которые могут превзойти традиционные радиочастотные устройства.
«Прорыв здесь - это осознание того, что мы можем фактически взаимодействовать, мы можем интегрировать это стекло на кремний, и мы можем очень эффективно взаимодействовать с кремнием и стеклом - мы можем использовать лучшее из обоих миров», - сказал профессор Эгглтон, директор CUDOS, Оригинальная исследовательская статья доступна через Optica Publishing.