Los investigadores han creado un chip fotónico integrado de carburo de silicio SiC que se puede sintonizar térmicamente mediante la aplicación de una señal eléctrica. El enfoque podría algún día utilizarse para crear una amplia gama de dispositivos reconfigurables, como cambiadores de fase y acopladores ópticos ajustables necesariospara aplicaciones de red y procesamiento de información cuántica.
Aunque la mayoría de los chips ópticos y de computadora están hechos de silicio, existe un interés creciente en el SiC porque exhibe mejores propiedades térmicas, eléctricas y mecánicas que el silicio, al mismo tiempo que es biocompatible y funciona a longitudes de onda desde lo visible hasta lo infrarrojo.
En la revista The Optical Society OSA Cartas ópticas , los investigadores dirigidos por Ali Adibi del Instituto de Tecnología de Georgia detallan cómo integraron un microcalentador y un dispositivo óptico llamado resonador microring en un chip SiC. El logro representa el primer interruptor óptico SiC totalmente integrado y térmicamente sintonizable que funciona cercalongitudes de onda infrarrojas.
"Los dispositivos como el que demostramos en este trabajo pueden usarse como bloques de construcción para dispositivos de procesamiento de información cuántica de próxima generación y para crear sensores y sondas biocompatibles", dijo el primer autor del artículo, Xi Wu.
SiC es particularmente atractivo para aplicaciones de comunicación y computación cuántica porque tiene defectos que pueden ser controlados y manipulados ópticamente como bits cuánticos o qubits. La computación y comunicación cuántica promete ser significativamente más rápida que la computación tradicional para resolver ciertos problemas porque los datos están codificadosen qubits que pueden estar en cualquier combinación de dos estados a la vez, lo que permite realizar muchos procesos simultáneamente
fabricación a nivel de obleas
El nuevo trabajo se basa en el desarrollo previo de los investigadores de una plataforma llamada SiC-on-aislante cristalino que supera parte de la fragilidad y otros inconvenientes de las plataformas SiC previamente reportadas, al tiempo que proporciona una ruta fácil y confiable para la integración con dispositivos electrónicos.
"La plataforma SiC-on-insulator que nuestro grupo fue pionera es similar a la tecnología de silicio-en-aislador ampliamente utilizada en la industria de semiconductores para una variedad de aplicaciones", dijo Tianren Fan, miembro del equipo de investigación. "Permite wafer-nivel de fabricación de dispositivos SiC, allanando el camino hacia la comercialización de soluciones integradas de procesamiento de información cuántica fotónica basadas en SiC ", dijo Ali A. Eftekhar, miembro del equipo de investigación.
La explotación completa de las capacidades únicas de la nueva plataforma requirió el desarrollo de la capacidad de ajustar sus propiedades ópticas para que una sola estructura basada en un chip pueda usarse para proporcionar diferentes funciones. Los investigadores lograron esto mediante el uso del efecto termoóptico en el que se cambia el materialla temperatura modifica sus propiedades ópticas, como el índice de refracción.
Comenzaron fabricando pequeñas cavidades ópticas en forma de anillo, o micro resonadores, usando la tecnología cristalina SiC-on-aislante. En cada resonador, la luz en ciertas longitudes de onda, llamadas sus longitudes de onda de resonancia, viajando alrededor del anillo acumulará fuerza a través deinterferencia constructiva. El resonador se puede utilizar para controlar la amplitud y la fase de la luz en una guía de onda acoplada a él. Para crear un resonador sintonizable con un alto grado de control, los investigadores fabricaron calentadores eléctricos en la parte superior de las microrings.La corriente eléctrica se aplica al microcalentador integrado, aumenta localmente la temperatura de la microrred SiC y, por lo tanto, cambia sus longitudes de onda resonantes gracias al efecto termoóptico.
Prueba del dispositivo integrado
Los investigadores probaron el rendimiento de los resonadores y microcalentadores microring integrados fabricados aplicando diferentes niveles de energía eléctrica y luego midiendo la transmisión óptica de la guía de onda acoplada al resonador microring. Sus resultados mostraron que es posible lograr resonadores de alta calidadcon capacidad de ajuste térmico de baja potencia a través de un dispositivo robusto que se puede fabricar utilizando los procesos de fundición de semiconductores existentes.
"Combinados con otras características únicas de nuestra plataforma cristalina de SiC sobre aislante, estos dispositivos de alta calidad tienen los requisitos básicos para habilitar nuevos dispositivos a escala de chip que operan en una amplia gama de longitudes de onda", dijo Ali Adibi, el equipolíder: "Esta capacidad de ajuste a escala de chip es esencial para realizar operaciones cuánticas necesarias para la computación cuántica y la comunicación. Además, debido a la biocompatibilidad de SiC, podría ser muy útil para la biodetección in vivo".
Los investigadores ahora están trabajando para construir elementos con la plataforma cristalina SiC-on-insulator para circuitos integrados fotónicos cuánticos, que incluyen láseres de bomba en chip, fuentes de fotones individuales y detectores de fotones individuales que podrían usarse con el resonador de microajuste sintonizable para crearun chip completamente funcional para computación cuántica óptica avanzada.
Este trabajo es el resultado de tres años de investigación exhaustiva para formar una plataforma híbrida confiable con propiedades de material SiC considerablemente mejoradas y usarla para formar dispositivos innovadores. Xi Wu, Tianren Fan y Ali A. Eftekhar en el grupo de investigación de Ali Adibi contribuyeroninmensamente para este trabajo. Hesam Moradinejad, un ex miembro del grupo de investigadores de Adibi, también contribuyó al desarrollo de la plataforma publicado anteriormente. Este trabajo fue financiado principalmente por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea AFOSR con el número de subvención FA9550-15-1-0342 G. Pomrenke.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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