Le domaine de l'intégration photonique - le domaine de la photonique dans lequel les guides d'ondes et les dispositifs sont fabriqués en tant que système intégré sur une plaquette plate - est relativement jeune par rapport à l'électronique. L'intégration photonique s'est concentrée sur les applications de communication traditionnellement fabriquées sur des puces de silicium, car ils sont moins chers et plus faciles à fabriquer.

Les chercheurs explorent de nouvelles plates-formes prometteuses de guides d'ondes qui offrent ces mêmes avantages pour les applications fonctionnant dans l'ultraviolet à l'infrarouge. Ces plates-formes permettent une gamme d'applications beaucoup plus large, comme la spectroscopie pour la détection chimique, métrologie et calcul de précision.

Un article en APL Photonics, des éditions AIP, offre une perspective du domaine des plates-formes de guides d'ondes photoniques à ultra-large bande basées sur des semi-conducteurs à large bande interdite. Ces guides d'ondes et circuits intégrés peuvent réaliser des économies d'énergie, solutions compactes, et déplacez des parties clés de systèmes ultra-performants vers l'échelle des puces au lieu des grands instruments de table dans un laboratoire.

Jusqu'à maintenant, composants et sous-systèmes clés pour les applications, comme les horloges atomiques, communications quantiques et spectroscopie haute résolution, sont construits dans des racks et sur des tables. Cela a été nécessaire car ils fonctionnent à des longueurs d'onde non accessibles aux guides d'ondes en silicium en raison de sa bande interdite inférieure et d'autres propriétés d'absorption dans l'UV au proche infrarouge qui réduisent les capacités de traitement de la puissance optique, entre autres facteurs.

Daniel J. Blumenthal et son équipe à Santa Barbara, Californie, ont étudié des plates-formes d'intégration photonique basées sur des guides d'ondes fabriqués avec des semi-conducteurs à large bande interdite qui ont des pertes de propagation ultra-faibles.

« Maintenant que le marché du silicium a été abordé pour les télécommunications et les applications LIDAR, nous explorons de nouveaux matériaux qui prennent en charge une variété passionnante de nouvelles applications à des longueurs d'onde non accessibles aux guides d'ondes en silicium, " a déclaré Blumenthal. " Nous avons trouvé que les plates-formes de guides d'ondes les plus prometteuses étaient le nitrure de silicium, tantale (pentoxyde de tantale), nitrure d'aluminium et alumine (oxyde d'aluminium)."

Chaque plate-forme a le potentiel d'adresser différentes applications telles que le nitrure de silicium pour les transitions atomiques du visible au proche infrarouge, le pentoxyde de tantale pour la spectroscopie raman ou l'oxyde d'aluminium pour les interactions UV avec les atomes pour l'informatique quantique.

Applications, tels que les horloges atomiques dans les satellites et les interconnexions de centres de données haute capacité de nouvelle génération, peut également bénéficier de fonctions telles que les lasers à très faible largeur de ligne sur des poids légers, puces de faible puissance. Il s'agit d'un domaine d'intérêt accru, car l'explosion de la capacité des centres de données pousse les interconnexions à fibre optique traditionnelles à leurs limites de puissance et d'espace.

Blumenthal a déclaré que l'intégration photonique de nouvelle génération nécessitera des plates-formes de circuits photoniques à ultra-large bande qui s'échelonneront de l'UV à l'IR et offriront également un riche ensemble de fonctions de circuits linéaires et non linéaires ainsi que des capacités de traitement à très faible perte et à haute puissance.