Jednoduchšia cesta pre efektívne prepojenia medzi integrovanými fotonickými čipmi a konvenčnými optickými vláknami

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