Forscher schaffen Durchbruch bei der Produktion optischer Prozessoren
Chips, in denen Licht statt Strom für den Signalfluss genutzt wird, sollen einen großen Performance-Sprung bringen. Allerdings sind hier noch viele Hürden zu überwinden. Einen entscheidenden Durchbruch scheint es nun aber zu geben.
Optische Glasfasern sind seit Jahrzehnten das Rückgrat der globalen Kommunikation, da sie Lichtsignale nahezu verlustfrei über große Entfernungen transportieren. Dieses Prinzip auf kompakte Chips zu übertragen, war bislang eine große Herausforderung. Das Team um Kerry Vahala entwickelte nun ein Verfahren, mit dem sich optische Schaltkreise aus dem gleichen Material wie Glasfasern, Germano-Silikat, direkt auf handelsüblichen 8- und 12-Zoll-Wafern herstellen lassen.
Die winzigen Lichtleiter werden mithilfe lithografischer Verfahren in Spiralform auf dem Chip angeordnet. Dadurch verlängert sich der effektive Weg des Lichts erheblich, ähnlich wie bei einer aufgewickelten Glasfaser, jedoch auf engstem Raum. Ein entscheidender Fortschritt ist zudem ein spezieller Erhitzungsprozess: Aufgrund der vergleichsweise niedrigen Schmelztemperatur des Materials können die Oberflächen der Wellenleiter im Ofen "nachgeglättet" werden. Diese atomar glatte Struktur reduziert Streuverluste drastisch.
Die Technologie eröffnet vielfältige Anwendungen: von hochpräzisen optischen Uhren und Rotationssensoren über verbesserte Datenübertragung in KI-Rechenzentren bis hin zu Komponenten für Quantencomputer. Auch Ringresonatoren, bei denen Licht in einem geschlossenen Kreis vielfach umläuft, profitieren von den extrem niedrigen Verlusten. Je länger das Licht im Resonator zirkulieren kann, desto höher die erreichbare Präzision.
Siehe auch:
Germano-Silikat auf Wafer bringen
Forschende des California Institute of Technology (Caltech) haben eine neuartige photonische Chip-Technologie entwickelt, die sichtbares Licht mit extrem geringen Verlusten über Siliziumwafer leiten kann. Damit rückt die Leistungsfähigkeit integrierter photonischer Schaltkreise (PICs) in die Nähe klassischer Glasfasern. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit wurden in der Fachzeitschrift Nature vorgestellt.Optische Glasfasern sind seit Jahrzehnten das Rückgrat der globalen Kommunikation, da sie Lichtsignale nahezu verlustfrei über große Entfernungen transportieren. Dieses Prinzip auf kompakte Chips zu übertragen, war bislang eine große Herausforderung. Das Team um Kerry Vahala entwickelte nun ein Verfahren, mit dem sich optische Schaltkreise aus dem gleichen Material wie Glasfasern, Germano-Silikat, direkt auf handelsüblichen 8- und 12-Zoll-Wafern herstellen lassen.
Die winzigen Lichtleiter werden mithilfe lithografischer Verfahren in Spiralform auf dem Chip angeordnet. Dadurch verlängert sich der effektive Weg des Lichts erheblich, ähnlich wie bei einer aufgewickelten Glasfaser, jedoch auf engstem Raum. Ein entscheidender Fortschritt ist zudem ein spezieller Erhitzungsprozess: Aufgrund der vergleichsweise niedrigen Schmelztemperatur des Materials können die Oberflächen der Wellenleiter im Ofen "nachgeglättet" werden. Diese atomar glatte Struktur reduziert Streuverluste drastisch.
Qualität steigt sprunghaft
Besonders im sichtbaren Spektrum übertreffe die neue Plattform bisherige Siliziumnitrid-Technologien deutlich, berichten die Forschenden. Geringere Verluste wirken sich unmittelbar auf die Leistungsfähigkeit optischer Bauteile aus. So bleibt das von integrierten Lasern erzeugte Licht mehr als hundertmal länger kohärent als bei früheren Ansätzen.Die Technologie eröffnet vielfältige Anwendungen: von hochpräzisen optischen Uhren und Rotationssensoren über verbesserte Datenübertragung in KI-Rechenzentren bis hin zu Komponenten für Quantencomputer. Auch Ringresonatoren, bei denen Licht in einem geschlossenen Kreis vielfach umläuft, profitieren von den extrem niedrigen Verlusten. Je länger das Licht im Resonator zirkulieren kann, desto höher die erreichbare Präzision.
Zusammenfassung
- Forschende am Caltech entwickeln photonische Chips mit minimalen Verlusten
- Neue Technologie ermöglicht Lichtleitung über Siliziumwafer ähnlich Glasfasern
- Spiralförmige Anordnung der Lichtleiter maximiert den Weg des Lichts
- Spezielle Erhitzungsprozesse sorgen für atomar glatte Wellenleiteroberflächen
- Lichtkohärenz bei integrierten Lasern verbessert sich um das Hundertfache
- Anwendungsmöglichkeiten reichen von optischen Uhren bis zu Quantencomputern
- Ringresonatoren mit höherer Präzision durch längere Lichtzirkulationszeit
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