La integración 3D permite láseres sin aislantes de ruido ultrabajo en fotónica de silicio

Área de la Ciencia:

• La fotónica
• Ciencias de los materiales
• Ingeniería eléctrica

Sus antecedentes:

• Los circuitos integrados fotónicos (PIC) son vitales para las telecomunicaciones y los centros de datos.
• Los PIC actuales están limitados en aplicaciones de alta precisión como sintetizadores de microondas y relojes atómicos debido al ruido de fase láser y los desafíos de integración.
• La integración de láseres de ruido ultrabajo y aisladores ópticos en el chip es crucial para avanzar en estas aplicaciones.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar láseres de ultrabajo ruido para fotónica de silicio que funcionen sin aisladores ópticos.
• Demostrar la viabilidad de la integración tridimensional (3D) para los PIC avanzados.
• Para superar las limitaciones del ruido de fase del láser semiconductor y la integración del aislador óptico en el chip.

Principales métodos:

• Utilizó técnicas de integración tridimensional que combinan el procesamiento monolítico y heterogéneo.
• Medios integrados de ganancia III-V con guías de onda de nitruro de silicio de baja pérdida (pérdida óptica ~ 0,5 dB/m).
• PIC fabricados con cavidades de factor de ultraalta calidad que permiten el funcionamiento sin aislantes.

Principales resultados:

• Demostró láseres de ultrasonido y sintetizadores de microondas en un solo chip fotónico de silicio.
• Se ha conseguido una operación sin aislantes gracias a la cavidad de factor de ultraalta calidad.
• Mostró una escalabilidad superior, estabilidad y confiabilidad para funcionalidades complejas.

Conclusiones:

• La integración tridimensional en PIC de pérdida ultrabaja es un paso crítico hacia sistemas ópticos avanzados en silicio.
• Este enfoque permite circuitos integrados fotónicos compactos, robustos y de alto rendimiento para aplicaciones exigentes.
• Los PIC desarrollados superan las barreras clave en ruido láser y aislamiento óptico para futuras tecnologías fotónicas.