Het gebied van fotonische integratie - het gebied van fotonica waarin golfgeleiders en apparaten als een geïntegreerd systeem op een platte wafer worden gefabriceerd - is relatief jong in vergelijking met elektronica. Fotonische integratie heeft zich gericht op communicatietoepassingen die traditioneel zijn vervaardigd op siliciumchips, omdat deze goedkoper en gemakkelijker te vervaardigen zijn.

Onderzoekers onderzoeken veelbelovende nieuwe golfgeleiderplatforms die dezelfde voordelen bieden voor toepassingen die werken in het ultraviolette tot het infraroodspectrum. Deze platforms maken een veel breder scala aan toepassingen mogelijk, zoals spectroscopie voor chemische detectie, precisie metrologie en berekening.

Een paper in APL Photonics, van AIP Publishing, biedt een perspectief op het gebied van ultrabreedband fotonische golfgeleiderplatforms op basis van halfgeleiders met een brede bandgap. Deze golfgeleiders en geïntegreerde schakelingen kunnen energiezuinige, compacte oplossingen, en verplaats belangrijke delen van ultra-high-performance systemen naar de chipschaal in plaats van grote tafelinstrumenten in een laboratorium.

Tot nu, belangrijkste componenten en subsystemen voor toepassingen, zoals atoomklokken, kwantumcommunicatie en hoge resolutie spectroscopie, zijn gebouwd in rekken en op tafelbladen. Dit was nodig omdat ze werken bij golflengten die niet toegankelijk zijn voor siliciumgolfgeleiders vanwege de lagere bandgap en andere absorptie-eigenschappen in de UV tot bijna-IR die de optische vermogensverwerkingsmogelijkheden verminderen, onder andere factoren.

Daniel J. Blumenthal en zijn team in Santa Barbara, Californië, hebben fotonische integratieplatforms onderzocht op basis van golfgeleiders die zijn vervaardigd met halfgeleiders met een brede bandgap die ultralage voortplantingsverliezen hebben.

"Nu de siliciummarkt is aangepakt voor telecommunicatie en LIDAR-toepassingen, we onderzoeken nieuwe materialen die een opwindende verscheidenheid aan nieuwe toepassingen ondersteunen bij golflengten die niet toegankelijk zijn voor siliciumgolfgeleiders, " zei Blumenthal. "We ontdekten dat de meest veelbelovende golfgeleiderplatforms siliciumnitride zijn, tantala (tantaalpentoxide), aluminiumnitride en aluminiumoxide (aluminiumoxide)."

Elk platform heeft het potentieel om verschillende toepassingen aan te pakken, zoals siliciumnitride voor zichtbare tot bijna-IR-atomaire overgangen, tantaalpentoxide voor raman-spectroscopie of aluminiumoxide voor UV-interacties met atomen voor kwantumcomputers.

Toepassingen, zoals atoomklokken in satellieten en datacenterverbindingen van de volgende generatie met hoge capaciteit, kunnen ook profiteren van het plaatsen van functies zoals lasers met ultralage lijnbreedte op lichtgewicht, chips met een laag vermogen. Dit is een gebied van verhoogde aandacht aangezien de exploderende datacentercapaciteit traditionele glasvezelinterconnects naar hun kracht- en ruimtebeperkingen duwt.

Blumenthal zei dat de volgende generatie fotonische integratie ultrabreedband fotonische circuitplatforms vereist die opschalen van de UV naar de IR en ook een rijke reeks lineaire en niet-lineaire circuitfuncties bieden, evenals ultralaag verlies en high-power handling-mogelijkheden.