Extender el espectro de la fotónica totalmente integrada a longitudes de onda submicrómétricas

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales e ingeniería
• Optoelectrónica y sus derivados
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• La fotónica integrada (IP) en plataformas de silicio ofrece ventajas de fabricación, pero está limitada por la ventana espectral del silicio.
• Las plataformas de materiales III-V existentes carecen de la escalabilidad y la rentabilidad de la fabricación basada en silicio.
• Existe la necesidad de dispositivos fotónicos integrados que funcionen a longitudes de onda más cortas con un rendimiento mejorado.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una nueva generación de fotónica integrada mediante la unión directa de materiales III-V con guías de onda de nitruro de silicio en obleas de silicio.
• Demostrar un circuito fotónico integrado totalmente integrado (PIC) que funcione a energías de fotones mayores que la brecha de banda del silicio.
• Para lograr un rendimiento sin precedentes, incluida la estabilidad a alta temperatura y los anchos de línea estrechos, en dispositivos fotónicos integrados a longitudes de onda submicrométricas.

Principales métodos:

• Integración directa de los materiales III-V con las guías de onda de nitruro de silicio en sustratos de silicio (Si).
• Fabricación de componentes fotónicos esenciales: láseres, amplificadores, fotodetectores, moduladores y componentes pasivos.
• Caracterización del rendimiento del dispositivo en longitudes de onda submicrómétricas, incluida la coherencia, la sintonizabilidad, la estabilidad a altas temperaturas y el ancho de línea.

Principales resultados:

• Demostración exitosa de un PIC totalmente integrado que opera a energías de fotones por encima de la brecha de banda del silicio.
• Logró una coherencia y sintonizabilidad sin precedentes en un láser integrado a longitudes de onda cortas.
• Demostró un excelente rendimiento a altas temperaturas y anchos de línea fundamentales a nivel de kHz a temperaturas elevadas.

Conclusiones:

• El Direct III-V sobre la estrategia de integración del nitruro de silicio abre un nuevo paradigma para los circuitos integrados fotónicos (PIC).
• Esta plataforma permite bloques de construcción fotónicos esenciales que funcionan en longitudes de onda submicrométricas con características de rendimiento superiores.
• La tecnología desarrollada allana el camino para una amplia gama de nuevas aplicaciones en fotónica integrada, particularmente en longitudes de onda cortas y altas temperaturas.