Circuitos fotónicos multimodo de niobio de litio de diseño inverso: superando los límites de la integración densa

Área de la Ciencia:

• Fotónica
• Ciencia de materiales
• Óptica integrada

Sus antecedentes:

• El niobio de litio de película delgada (TFLN) es un material prometedor para circuitos integrados fotónicos (PIC).
• Los desafíos incluyen el índice de refracción moderado, la incompatibilidad con CMOS y la anisotropía del material, lo que dificulta la integración densa.
• Un objetivo clave es lograr una integración densa comparable a la fotónica de silicio, conservando al mismo tiempo las propiedades superiores del TFLN.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un método de diseño inverso fotónico para la miniaturización de componentes de PIC de TFLN.
• Demostrar la viabilidad de la integración densa para circuitos fotónicos basados en TFLN.
• Permitir comunicaciones de datos de alta capacidad utilizando dispositivos TFLN miniaturizados.

Principales métodos:

• Metodología de diseño inverso fotónico aplicada a TFLN.
• Fabricación experimental de componentes ultracompactos: multiplexores/demultiplexores de división de modo, cruces de guías de ondas multimodo y curvas de guías de ondas.
• Construcción de circuitos fotónicos multimodo e integración con moduladores electroópticos.

Principales resultados:

• Demostró componentes ultracompactos: multiplexor/demultiplexor de división de modo (19 × 25 μm²), cruce de guía de ondas (15 × 15 μm²) y radio de curvatura de 30 μm.
• Logró una integración densa de más de 10 elementos de guía de ondas en un área de chip de 0.06 mm².
• Demostró modulación de datos de alta velocidad a 120 Gbps por canal con transmisión de señales multimodo.

Conclusiones:

• El diseño inverso fotónico mejora significativamente la densidad de integración de los PIC de TFLN.
• Este avance facilita el desarrollo de sistemas de comunicación óptica compactos y de alta capacidad.
• Se espera que el método aumente la densidad de área de los componentes pasivos de TFLN en diez veces.