پیشرفت سریع در مدار های مجتمع فوتونیک (PIC)، که چندین دستگاه نوری و عملکرد را بر روی یک تراشه واحد ترکیب می‌کنند، ارتباطات نوری و سیستم‌های محاسباتی را متحول کرده است.

برای چندین دهه، PIC های مبتنی بر سیلیکون به دلیل مقرون به صرفه بودن و از طریق ادغام آنها با فناوری های تولید نیمه هادی های موجود، علیرغم محدودیت هایشان با توجه به پهنای باند مدولاسیون الکترواپتیکی، بر این حوزه تسلط داشته اند. با این وجود، تراشه‌های فرستنده نوری سیلیکون روی عایق با موفقیت تجاری شدند و ترافیک اطلاعات را از طریق میلیون‌ها الیاف شیشه در مراکز داده مدرن هدایت کردند.

اخیراً، پلتفرم ویفر لیتیوم نیوبات روی عایق به دلیل ضریب Pockels قوی خود که برای مدولاسیون نوری با سرعت بالا ضروری است، به عنوان یک ماده برتر برای مدولاتورهای الکترواپتیکی یکپارچه مدار مجتمع فوتونیک ظاهر شده است. با این وجود، هزینه‌های بالا و الزامات تولید پیچیده باعث شده است که نیوبات لیتیوم به طور گسترده‌تر مورد استفاده قرار نگیرد و یکپارچگی تجاری آن را محدود کند.

لیتیوم تانتالات (LiTaO3)، یکی از هم مجموعه ای نزدیک لیتیوم نیوبات، وعده غلبه بر این موانع را می دهد. این ویژگی دارای کیفیت های الکترواپتیک عالی مشابهی است، اما از نظر مقیاس پذیری و هزینه نسبت به لیتیوم نیوبات مزیت دارد، زیرا در حال حاضر به طور گسترده در فیلترهای فرکانس رادیویی 5G توسط صنایع مخابراتی استفاده می شود.

اکنون، دانشمندان به رهبری پروفسور توبیاس جی کیپنبرگ در EPFL و پروفسور Xin Ou در مؤسسه میکروسیستم و فناوری اطلاعات شانگهای (SIMIT) یک پلتفرم جدید تراشه فوتونیک جدید بر اساس لیتیوم تانتالات ایجاد کرده اند. مدار مجتمع فوتونیک از مزایای ذاتی مواد استفاده می‌کند و می‌تواند با ایجاد مدار های مجتمع فوتونیک با کیفیت بالا از نظر اقتصادی مقرون به صرفه‌تر، زمینه را متحول کند. این موفقیت در Nature منتشر شده است.

مدار مجتمع فوتونیک جدید، کم هزینه و با راندمان بالا بیشتر بخوانید: آموزش فعالسازی IPv6 در مودم

محققان یک روش پیوند ویفر برای لیتیوم تانتالات ایجاد کردند که با خطوط تولید سیلیکون روی عایق سازگار است. آنها سپس ویفر لیتیوم تانتالات لایه نازک را با کربن الماس مانند پوشانده و اقدام به حکاکی موجبرهای نوری، تعدیل کننده ها و میکرورزوناتورهای فاکتور با کیفیت فوق العاده بالا کردند.

با این رویکرد، تیم قادر به ساخت مدار مجتمع فوتونیک های لیتیوم تانتالات با کارایی بالا با نرخ تلفات نوری تنها 5.6 ​​دسی بل بر متر در طول موج مخابراتی بود. یکی دیگر از موارد برجسته، مدولاتور الکترواپتیک Mach-Zehnder (MZM) است، دستگاهی که به طور گسترده در ارتباطات فیبر نوری پرسرعت امروزی استفاده می شود. لیتیوم تانتالات MZM محصولی با طول ولتاژ نیم موج 1.9 ولت سانتی متر و پهنای باند الکترواپتیکی به 40 گیگاهرتز ارائه می دهد.

چنگلی وانگ، نویسنده اول این مطالعه، می‌گوید: «در حالی که عملکرد الکترواپتیکی بسیار کارآمد را حفظ می‌کنیم، ما میکروشانه سالیتون را نیز بر روی این پلتفرم تولید کردیم. این میکروکامب‌های سالیتون دارای تعداد زیادی فرکانس منسجم هستند و وقتی با قابلیت‌های مدولاسیون الکترواپتیک ترکیب می‌شوند، مخصوصاً برای کاربردهایی مانند LiDAR منسجم موازی و محاسبات مدار مجتمع فوتونیک مناسب هستند.

کاهش دوشکستگی تراشه فوتونیک جدید لیتیوم تانتالات (وابستگی ضریب شکست به قطبش نور و جهت انتشار) امکان پیکربندی مدارهای متراکم را فراهم می‌کند و قابلیت‌های عملیاتی گسترده را در تمام باندهای مخابراتی تضمین می‌کند. این کار راه را برای تولید مقیاس پذیر و مقرون به صرفه مدار مجتمع فوتونیک های الکترواپتیکال پیشرفته هموار می کند.

تالیف:
فروشگاه اینترنتی آ.اس.پ (اقتباس از مقاله‌ای از Techxplore)
در صورت استفاده از این مقاله، نام و آدرس فروشگاه اینترنتی آ.اس.پ را به عنوان منبع ذکر کنید.