Международная группа исследователей разработала новую технологию создания оптических волноводов: «SPIM-WG». С помощью этого метода оптические волноводы наноразмера с плавно изменяющимся трехмерным поперечным сечением могут быть изготовлены на чипе. Такие устройства не только лучше традиционных, но имеют несколько новых функций, открывающих путь для будущих фотонных и квантовых чипов.
В своей работе, опубликованной в Light Science & Applications, ученые использовали фемтосекундную лазерную запись для создания совместимых с оптическим волокном стеклянных волноводов. При изготовлении в режиме нагрева с высокой скоростью сканирования им удалось достичь точной деформации поперечных сечений вдоль волновода с контролируемыми формами и размерами с высоким разрешением как в горизонтальном, так и в вертикальном поперечном направлениях.
Исследователи говорят, что основное преимущество новой технологии, основанной на адаптивной оптике, заключается в том, что она позволяет производить волноводы с низкими потерями переменного поперечного сечения, например, круглой, квадратной, кольцеобразной или многих других сложных форм. Точность управления поперечным сечением по каждой оси может достигать сотен нанометров. Для одиночного волновода форма поперечного сечения может варьироваться вдоль самого волновода. Например, они могут быть скручены, от квадратной до круглой или от круглой до кольцеобразной.
Примеры световодов различной формы, изготовленных по новой технологии. Изображение: Bangshan Sun et al., Light Science & Applications
Исследование показало очень низкие потери при использовании новых волноводов. Волновод, созданный на стеклянной подложке, имеет потери при передаче около — 0,14 дБ/см. Это означает, что только около 3% оптической мощности теряется при передаче на 1 см через чип, объясняют авторы разработки. Более того, экспериментальные результаты показывают, что дополнительные потери при передаче, вызванные изменением поперечного сечения, незначительны.
Ученые также отмечают быстроту производства с использованием новой технологии. При создании традиционных волноводов по технологии «кремний на кремнии» уходят месяцы, при использовании «SPIM-WG» требуется всего несколько минут. Такая скорость позволяет быстро создавать и испытывать прототипы устройства, не тратя месяцы на создание новой версии продукта.
Развитие электронных интегральных схем приближается к пределу пропускной способности и энергопотребления. Фотонные и квантовые чипы могут стать разумной альтернативой. На основе затухающей волновой связи соседние оптические волноводы могут реализовать программируемую обработку сигналов, предоставляя необходимые функции для квантовых и фотонных чипов.
