Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Nieuw onderzoek laat zien hoe licht zich voortplant in geïntegreerde schakelingen op chips

(a) Schema's van de experimentele opstelling voor het in beeld brengen van voortplantende golven in fotonische apparaten. Signaalpulsen van 1550 nm (oranje) zijn via een rooster gekoppeld in een silicium-op-isolator (SOI) golfgeleider, terwijl pomppulsen van 780 nm (rood) op het apparaat worden gefocust met behulp van een objectief met lange werkafstand. Wanneer de twee pulsen elkaar overlappen in tijd en ruimte, wordt een niet-lineaire golf gegenereerd (groen), gescheiden van de pomp door een dichroïsche spiegel (DM) en verzameld door een standaard CMOS-camera. P, F en 𝜆/2 vertegenwoordigen respectievelijk lineaire polarisator, spectraal filter en 𝜆/2 golfplaat. (b) Asdefinities en de voortplantingsrichtingen van de pompbundel (normale inval), signaalbundel (geleid langs de golfgeleider) en de niet-lineair gegenereerde bundel (gereflecteerd onder een hoek volgens de golfvector van de signaalgolf). (c) Dwarsdoorsnede van de enkele golfgeleider. Krediet:Optica (2023). DOI:10.1364/OPTICA.504397

Het vakgebied van de fotonische geïntegreerde schakelingen richt zich op de miniaturisatie van fotonische elementen en hun integratie in fotonische chips:schakelingen die een reeks berekeningen uitvoeren met behulp van fotonen, in plaats van elektronen zoals die in elektronische schakelingen worden gebruikt.



Op silicium gebaseerde fotonica is een ontwikkelingsgebied dat relevant is voor datacenters, kunstmatige intelligentie, kwantumcomputers en meer. Het maakt een enorme verbetering van de prestaties van de chips mogelijk, en van de kosten-batenverhouding, omdat het gebaseerd is op dezelfde grondstof die in de elektronicawereld veel voorkomt in chips.

Ondanks dat ze profiteren van het goed ontwikkelde lithografische productieproces, dat nauwkeurige productie van de gewenste apparaten mogelijk maakt, maken de instrumenten het nog niet mogelijk om de optische kenmerken van de chip nauwkeurig in kaart te brengen. Dit geldt ook voor de interne lichtbeweging – een cruciaal vermogen gezien de moeilijkheid om het effect van fabricagefouten en onnauwkeurigheden te modelleren – vanwege de kleine afmetingen van de apparaten.

Een nieuw artikel van onderzoekers van de Andrew en Erna Viterbi-faculteit van Electrical and Computer Engineering van Technion gaat deze uitdaging aan en toont geavanceerde lichtbeeldvorming in fotonische circuits op chips. Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Optica , werd geleid door professor Guy Bartal, hoofd van het Laboratorium voor Geavanceerd Fotonisch Onderzoek, en promovendus Matan Iluz, in samenwerking met de onderzoeksgroep van professor Amir Rosenthal. Afgestudeerde studenten Kobi Cohen, Jacob Kheireddine, Yoav Hazan en Shai Tsesses namen ook deel aan het onderzoek.

Een videoclip die de evolutie van licht in realtime binnen het MMI-apparaat laat zien. Credit:Technion-woordvoerder

De onderzoekers maakten gebruik van de optische kenmerken van silicium om de voortplanting van het licht in kaart te brengen zonder enige invasieve actie te vereisen, die de chip verstoort of verandert. Dit proces omvat het in kaart brengen van het elektrische veld van de lichtgolven en het definiëren van de elementen die de beweging van het licht beïnvloeden:golfgeleiders en straalsplitsers.

Het proces levert real-time beelden en video-opnamen op van het licht in de fotonische chip, zonder dat de chip beschadigd hoeft te worden en zonder dat er gegevens verloren gaan. Verwacht wordt dat dit nieuwe proces de ontwerp-, productie- en optimalisatieprocessen van fotonische chips op verschillende gebieden zal verbeteren, waaronder telecommunicatie, high-performance computing, machine learning, het meten van afstanden, medische beeldvorming, detectie en quantum computing.

Meer informatie: Matan Iluz et al., Onthulling van de evolutie van licht binnen fotonische geïntegreerde schakelingen, Optica (2023). DOI:10.1364/OPTICA.504397

Journaalinformatie: Optica

Aangeboden door Technion - Israëlisch Instituut voor Technologie