Koda information till ljus, och att överföra det genom optiska fibrer ligger i kärnan av optisk kommunikation. Med en otroligt låg förlust på 0,2 dB/km, optiska fibrer tillverkade av kiseldioxid har lagt grunden till dagens globala telekommunikationsnät och vårt informationssamhälle.

Sådan ultralåg optisk förlust är lika viktig för integrerad fotonik, som möjliggör syntesen, bearbetning och detektering av optiska signaler med hjälp av on-chip vågledare. I dag, ett antal innovativa teknologier är baserade på integrerad fotonik, inklusive halvledarlasrar, modulatorer och fotodetektorer, och används flitigt i datacenter, kommunikation, avkänning och beräkning.

Integrerade fotonchip är vanligtvis gjorda av kisel som är rikligt och har goda optiska egenskaper. Men kisel kan inte utföra alla nödvändiga funktioner i integrerad fotonik, så nya materialplattformar har dykt upp. En av dessa är kiselnitrid (Si ₃ N ₄ ), vars exceptionellt låga optiska förlust (storleksordningar lägre än för kisel), har gjort det till det valda materialet för applikationer där låga förluster är kritiska, såsom lasrar med smal linjebredd, fotoniska fördröjningslinjer, och olinjär fotonik.

Nu, forskare i gruppen av professor Tobias J. Kippenberg vid EPFL:s School of Basic Sciences har utvecklat en ny teknik för att bygga integrerade fotoniska kretsar av kiselnitrid med rekordlåga optiska förluster och små fotavtryck. Verket publiceras i Naturkommunikation .

Att kombinera nanotillverkning och materialvetenskap, Tekniken är baserad på den fotoniska Damascene-processen som utvecklats vid EPFL. Genom att använda denna process, laget gjorde integrerade kretsar med optiska förluster på endast 1 dB/m, ett rekordvärde för eventuellt icke-linjärt integrerat fotoniskt material. Sådana låga förluster minskar avsevärt energibudgeten för att bygga optiska frekvenskammar i chipskala ("mikrokomber"), används i applikationer som koherenta optiska sändtagare, mikrovågssyntes med låg brus, LiDAR, neuromorfisk beräkning, och även optiska atomur. Teamet använde den nya tekniken för att utveckla meterlånga vågledare på 5x5 mm2 chips och högkvalitativa mikroresonatorer. De rapporterar också högt tillverkningsutbyte, vilket är väsentligt för att skala upp till industriell produktion.

"Dessa chipenheter har redan använts för parametriska optiska förstärkare, lasrar med smal linjebredd och frekvenskammar i chipskala, " säger Dr Junqiu Liu som ledde tillverkningen vid EPFL:s Center of MicroNanoTechnology (CMi). "Vi ser också fram emot att se vår teknologi användas för nya applikationer som koherent LiDAR, fotoniska neurala nätverk, och kvantberäkning."