Området för fotonisk integration - området för fotonik där vågledare och anordningar tillverkas som ett integrerat system på en platt skiva - är relativt ung jämfört med elektronik. Fotonisk integration har fokuserat på kommunikationsapplikationer som traditionellt tillverkas på kiselchips, eftersom dessa är billigare och lättare tillverkade.

Forskare utforskar lovande nya vågledarplattformar som ger samma fördelar för applikationer som fungerar i ultraviolett till det infraröda spektrumet. Dessa plattformar möjliggör ett mycket bredare utbud av applikationer, såsom spektroskopi för kemisk avkänning, precisionsmätning och beräkning.

Ett papper i APL Photonics, från AIP Publishing, ger ett perspektiv på fältet för ultrabredbands fotoniska vågledarplattformar baserade på bredbandiga halvledare. Dessa vågledare och integrerade kretsar kan realisera energieffektiva, kompakta lösningar, och flytta viktiga delar av ultrahögpresterande system till chipskalan istället för stora bordsskivor i ett labb.

Tills nu, viktiga komponenter och delsystem för applikationer, som atomur, kvantkommunikation och högupplöst spektroskopi, är konstruerade i ställ och på bordsskivor. Detta har varit nödvändigt eftersom de fungerar vid våglängder som inte är tillgängliga för kiselvågledare på grund av dess lägre bandgap och andra absorptionsegenskaper i UV till nära IR som minskar den optiska effekthanteringsförmågan, bland andra faktorer.

Daniel J. Blumenthal och hans team i Santa Barbara, Kalifornien, har undersökt fotoniska integrationsplattformar baserade på vågledare tillverkade med breda bandgap -halvledare som har ultralåga förökningsförluster.

"Nu när kiselmarknaden har tagits upp för telekommunikation och LIDAR -applikationer, vi utforskar nya material som stöder en spännande variation av nya applikationer vid våglängder som inte är tillgängliga för kiselvågledare, "sa Blumenthal." Vi hittade de mest lovande vågledarplattformarna som kiselnitrid, tantala (tantalpentoxid), aluminiumnitrid och aluminiumoxid (aluminiumoxid). "

Varje plattform har potential att ta itu med olika applikationer, såsom kiselnitrid för synliga till nära IR-atomövergångar, tantalpentoxid för ramanspektroskopi eller aluminiumoxid för UV -interaktioner med atomer för kvantberäkning.

Applikationer, såsom atomklockor i satelliter och nästa generations högkapacitetsdatacenter sammankopplingar, kan också dra nytta av att sätta funktioner som ultralåga linewidth -lasrar på lätta, chips med låg effekt. Detta är ett område med ökat fokus eftersom exploderande datacenterkapacitet driver traditionella fiberanslutningar till sina kraft- och rymdbegränsningar.

Blumenthal sa att nästa generations fotoniska integration kommer att kräva ultrabredbands fotoniska kretsplattformar som skala från UV till IR och också erbjuder en rik uppsättning linjära och olinjära kretsfunktioner samt ultralåg förlust och högeffektshanteringsfunktioner.