Fotonické integrované obvody predstavujú sľubnú technológiu novej generácie, pretože dokáže formovať zložité optické systémy, akými sú komunikačné siete, senzory alebo aj kvantové počítače, na jednom kompaktnom polovodičovom čipe.
V existujúcich technológiách je dôležitým cieľom dosiahnuť vysokú účinnosť prepojenia medzi integrovanými čipmi s rozmermi na úrovni stoviek nano-metrov a externým prostredím, typicky reprezentovaným konvenčnými optickými vláknami, ktoré zabezpečujú vysoko-rýchlostný prenos dát na krátke, ale aj veľké vzdialenosti. Vysoká účinnosť prepojenia optických vlákien a polovodičových čipov priamo ovplyvňuje celkový výkon, cenu výrobného procesu a energetickú účinnosť systémov integrovaných na čipe pre vyššie uvedené fotonické aplikácie.
Výskumný tím na Žilinskej univerzite v Žiline, vedený Dr. Danielom Benedikovičom z Fakulty elektrotechniky a informačných technológií, navrhol novy spôsob vysoko-účinného prepojenia medzi čipom a optickým vláknom, využívajúc inovatívny spojovací mechanizmus založený na medzi-vrstvovej módovej interferencii v rámci mriežkových väzobných členov. Tento spôsob naviazania svetla úspešne zvyšuje účinnosť spojenia vlákno-čip na úrovne ďaleko za súčasne dostupnými riešeniami a výrazne zjednodušuje výrobu zariadenia, ktorá je nie len cenovo nenáročná, ale aj kompatibilná s technologickými postupmi modernej mikroelektroniky využívanými pri výrobe fotonických integrovaných obvodov.
Dosiahnutie vysokej väzobnej účinnosti vlákno-čip predstavuje náročnú úlohu v integrovanej fotonike z dôvodu nízkej smerovosti vertikálnych mriežkových väzobných členov a veľkého nesúladu medzi vyžarovaným módovým poľom z mriežky a módom štandardného optického vlákna. V predchádzajúcich štúdiách bolo možné zvýšiť úroveň prepojenia iba prostredníctvom komplexných zariadení a štruktúr, ktoré sa však vyznačujú výrobnou zložitosťou, a teda výrazným spôsobom navyšujú cenu výrobného procesu. V štúdii, publikovanej PhD. študentom Radovanom Korčekom v renomovanom vedeckom časopise Optics Letters, výskumný tím navrhol spôsob, ktorý bol dlho predtým považovaný za nemožný. Publikovaná práca otvára nové možnosti pre vývoj a realizáciu malých optických rozhraní s vysokou väzobnou účinnosťou a jednoduchou implementáciou, a to s využitím štandardných a dostupných polovodičových materiálov a výrobných postupov.
Táto výskumná práca bola uskutočnená v etablovanej medzinárodnej spolupráci medzi Žilinskou univerzitou v Žiline a uznávanými vedeckými inštitúciami a univerzitami v Kanade (National Research Council a Carleton University, Ottawa, Kanada) a Francúzsku (Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, Universite Paris-Saclay, Palaiseau, Francúzsko). Práca bola realizovaná aj vďaka podpore od Národného štipendijného programu Slovenskej republiky, v rámci ktorého získal PhD. študent Radovan Korček 3-mesačný cestovný grant na výskumný pobyt v Kanade.
Výsledky práce tejto štúdie sú súčasťou národných projektov financovaných Agentúrou na podporu výskumu a vývoja, a tiež Vedeckou grantovou agentúrou Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu Slovenskej republiky a Slovenskej akadémie vied (VEGA 1/0113/22) vedených Dr. Danielom Benedikovičom.
Odkaz na publikovaný článok:
https://doi.org/10.1364/OL.495371
Autor: Daniel Benedikovič