Informatie coderen in licht, en het verzenden ervan via optische vezels vormt de kern van optische communicatie. Met een ongelooflijk laag verlies van 0,2 dB/km, optische vezels gemaakt van silica hebben de basis gelegd voor de huidige wereldwijde telecommunicatienetwerken en onze informatiemaatschappij.

Een dergelijk ultralaag optisch verlies is even essentieel voor geïntegreerde fotonica, die de synthese mogelijk maken, verwerking en detectie van optische signalen met behulp van on-chip golfgeleiders. Vandaag, een aantal innovatieve technologieën zijn gebaseerd op geïntegreerde fotonica, inclusief halfgeleiderlasers, modulatoren en fotodetectoren, en worden veelvuldig gebruikt in datacenters, communicatie, voelen en rekenen.

Geïntegreerde fotonische chips zijn meestal gemaakt van silicium dat overvloedig aanwezig is en goede optische eigenschappen heeft. Maar silicium kan niet elke vereiste functie vervullen in geïntegreerde fotonica, dus zijn er nieuwe materiële platforms ontstaan. Een daarvan is siliciumnitride (Si ₃ N ₄ ), waarvan het uitzonderlijk lage optische verlies (orden van grootte lager dan die van silicium), heeft het tot het materiaal bij uitstek gemaakt voor toepassingen waarvoor een laag verlies van cruciaal belang is, zoals lasers met smalle lijnbreedte, fotonische vertragingslijnen, en niet-lineaire fotonica.

Nutsvoorzieningen, wetenschappers in de groep van professor Tobias J. Kippenberg van EPFL's School of Basic Sciences hebben een nieuwe technologie ontwikkeld voor het bouwen van siliciumnitride geïntegreerde fotonische circuits met record lage optische verliezen en kleine footprints. Het werk is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Door nanofabricage en materiaalwetenschap te combineren, de technologie is gebaseerd op het fotonische Damascene-proces dat is ontwikkeld bij EPFL. Met behulp van dit proces, het team maakte geïntegreerde schakelingen met optische verliezen van slechts 1 dB/m, een recordwaarde voor elk niet-lineair geïntegreerd fotonisch materiaal. Een dergelijk laag verlies vermindert het energiebudget voor het bouwen van optische frequentiekammen op chipschaal ("microcombs") aanzienlijk, gebruikt in toepassingen zoals coherente optische transceivers, geluidsarme microgolfsynthesizers, LiDAR, neuromorfe informatica, en zelfs optische atoomklokken. Het team gebruikte de nieuwe technologie om meterslange golfgeleiders te ontwikkelen op 5x5 mm2 chips en hoogwaardige microresonatoren. Ze rapporteren ook een hoog fabricagerendement, wat essentieel is voor opschaling naar industriële productie.

"Deze chip-apparaten zijn al gebruikt voor parametrische optische versterkers, lasers met smalle lijnbreedte en frequentiekammen op chipschaal, " zegt Dr. Junqiu Liu die de fabricage leidde bij EPFL's Center of MicroNanoTechnology (CMi). "We kijken er ook naar uit om onze technologie te zien worden gebruikt voor opkomende toepassingen zoals coherente LiDAR, fotonische neurale netwerken, en kwantumcomputers."