초 저손실 통합 포토닉 회로 구축
정보를 빛으로 인코딩하고 광섬유를 통해 전송하는 것은 광통신의 핵심이다. 0.2dB / km의 매우 낮은 손실을 가진 실리카로 만든 광섬유는 오늘날의 글로벌 통신 네트워크와 정보 사회의 토대를 마련했다.
이러한 초저 광 손실(ultralow optical loss)은 온칩 도파관을 사용하여 광 신호를 합성, 처리 및 감지할 수 있는 통합 포토닉스에도 필수적이다. 오늘날, 반도체 레이저, 변조기 및 광 검출기를 포함한 통합 포토닉스를 기반으로 하는 수많은 혁신적인 기술이 데이터 센터, 통신, 감지 및 컴퓨팅에서 광범위하게 사용된다.
통합 포토닉 칩은 일반적으로 풍부하고 광학 특성이 좋은 실리콘으로 만들어진다. 그러나 실리콘은 통합 포토닉스에서 필요한 모든 기능을 수행할 수 없으므로 새로운 재료 플랫폼이 등장했다. 이들 중 하나는 실리콘 질화물(Si3N4)로, 광 손실이 매우 낮기 때문에 (실리콘보다 크기가 낮음) 좁은 선폭 레이저, 포토닉과 같이 저손실이 중요한 응용 분야에 적합한 소재로 선택됐다.
스위스 연방공대 로잔(EPFL) Tobias J. Kippenberg 교수 그룹의 과학자들은 기록적인 낮은 광 손실과 작은 풋 프린트로 실리콘 질화물 집적 광자 회로를 구축하기위한 새로운 기술을 개발했다.
연구는 Nature Communications에 게재됐다.
나노 패브릭과 재료 과학을 결합한 이 기술은 EPFL에서 개발한 포토닉 Damascene 프로세스를 기반으로 한다. 이 프로세스를 사용하여 팀은 비선형 통합 광자 재료에 대한 기록값인 1dB / m의 광학 손실을 가진 집적 회로를 만들었다. 이러한 낮은 손실은 코히어런트 광 트랜시버, 저잡음 마이크로파 합성기, LiDAR, 뉴로모픽 컴퓨팅, 심지어는 광학 원자 시계와 같은 애플리케이션에 사용되는 칩 스케일 광 주파수 빗(microcombs)을 구축하기위한 전력 비용을 크게 절감한다. 팀은 새로운 기술을 사용하여 5×5 mm2 칩과 고품질 계수 마이크로 공진기에서 미터 길이의 도파관을 개발했다. 그들은 또한 높은 제조 수율을 보고하는데, 이는 산업 생산으로 확장하는 데 필수적이다.
EPFL의 Center of MicroNanoTechnology (CMi)에서 제조를 주도한 Junqiu Liu 박사는 “이 칩 장치는 이미 파라 메트릭 광학 증폭기, 좁은 선폭 레이저 및 칩 스케일 주파수 빗에 사용됐다. 우리는 또한 코히어런트 LiDAR, 광 신경망, 양자 컴퓨팅과 같은 새로운 애플리케이션에 우리 기술이 사용되기를 기대하고 있다”고 말했다.
*J. Liu, G. Huang, R. N. Wang, J. He, A. S. Raja, T. Liu, N. J. Engelsen, and T. J. Kippenberg, “High-yield, wafer-scale fabrication of ultralow-loss, dispersion-engineered silicon nitride photonic circuits”, Nature Communications 16 April 2021.
