Fysiker från ARC Center of Excellence for Ultrahigh bandwidth Devices for Optical Systems (CUDOS) utvecklade en ny hybrid integrerad plattform, lovar att bli ett mer avancerat alternativ till konventionella integrerade kretsar. Forskarna visade att deras tillvägagångssätt är masstillverkbart, gör det möjligt att integrera plattformen i vardags elektronisk utrustning som smartphones. För slutanvändare innebär detta tekniska framsteg att det kan leda till snabbare internet på deras nästa generations elektroniska enheter.

Integrerade kretsar, så kallade chips, används i daglig elektronisk utrustning som mobiltelefoner och datorer. Det är en uppsättning elektroniska kretsar på en liten platt bit av halvledarmaterial, normalt kisel. Men detta material har vissa begränsningar när det gäller att behandla data.

För att övervinna dessa begränsningar och förbättra databehandlingen, forskare utvecklar optiska kretsar gjorda av kalkogenidglas. Denna speciella typ av glas används för ultrasnabba telekommunikationsnät, överföra information med ljusets hastighet.

Att integrera dessa optiska glaskretsar i kiselchips kan leda till ett mer avancerat kommunikationssystem, behandlar data hundra gånger snabbare. Kan dessa två material kombineras?

Svaret är ja! I ett samarbete med fysiker vid University of Sydneys Australian Institute for Nanoscale Science and Technology (AINST), Australian National University (ANU) och RMIT University, forskargruppen CUDOS kring doktoranden Blair Morrison och seniorforskaren Dr Alvaro Casas Bedoya skapade kompakt, masstillverkbara optiska kretsar med förbättrade funktionaliteter genom att kombinera olinjära glasögon med silikonbaserat material.

"Under de senaste åren har gruppen vid University of Sydney upprepade gånger visat spännande funktioner, såsom bredbandsmikrovågsenheter som förbättrar radar- och motåtgärdsteknik, med dessa nya kalkogenidglas, " sa Blair Morrison från University of Sydney CUDOS-nod.

"Nu har vi visat att det är möjligt att kombinera detta material med den nuvarande industristandardplattformen för fotonisk integration, kisel, " han sa.

"Vi integrerade ett nytt olinjärt glas i en industriellt skalbar CMOS-kompatibel plattform. Vi behöll de viktigaste fördelarna med både kisel och glas, och gjorde en funktionell och effektiv ultrakompakt optisk krets, " sa Dr Alvaro Casas Bedoya som är ledande fotonik nanofabrikationschef för CUDOS.

"En mängd nya möjligheter kommer att skapas, och detta tar oss ett steg närmare att flytta vår forskning från labbet till industriella tillämpningar, sa Blair Morrison.

CUDOS-direktör och ARC-pristagare professor Benjamin Eggleton från University of Sydney sa att detta nya tillvägagångssätt en dag kommer att tillåta industrin att miniatyrisera fotonikfunktionerna från enheter som är lika stora som en bärbar dator till storleken på en smartphone och ännu mindre, möjliggör distribution i verkliga applikationer.

"Det här är spännande, eftersom detta är en plattform som är mer kompatibel med befintlig halvledartillverkning och kommer att tillåta oss att integrera flera funktioner på ett enda kiselchip, med aktiva och passiva komponenter, som detektorer och modulatorer, krävs för avancerade applikationer, " sa professor Eggleton som övervakade projektet.

Forskningsteamet på flera universitet gick igenom hela tillverkningsprocessen:Tillverkningen av dessa enheter använder kiselskivor från ett halvledargjuteri i Belgien, en dedikerad anläggning i ANU:s Laser Physics Center för glasdeponering, litografi i RMIT University's School of Engineering och karakteriseras och testas sedan vid University of Sydneys AINST.

För att visa upp potentialen i det nya tillvägagångssättet, CUDOS-forskarna demonstrerade ytterligare en kompakt ny laser baserad på ljus-ljud-interaktioner, första gången i en integrerad optisk krets.

"Genombrottet här är denna insikt om att vi faktiskt kan samverka, vi kan integrera det glaset på kisel och vi kan samverka från kisel till glaset mycket effektivt - vi kan utnyttja det bästa av två världar, " sa professor Eggleton.

Forskningen är publicerad i Optica i dag.

Professor Susan Pond, direktören för AINST, betonade att detta projekt är en av AINSTs flaggskeppsaktiviteter som handlar om att utnyttja interaktioner mellan fotoner och fonon på nanoskala. Detta arbete kopplar grundforskning i interaktioner av lätt materia på nanoskala med ett slutanvändarperspektiv och stark koppling till industrin.