Die Kombination von Silizium und Photonik
Kommunikationstechnologien mithilfe von Photonik verwenden Photonen und Glasfasern auf eine Art und Weise, wie elektronische Geräte Elektronen und Drähte verwenden. Trotz ihres Erfolgs steht diese Technologie noch vor Herausforderungen wie etwa der Fusion von optischen Technologien mit Silizium-Chips. Das EU-geförderte Projekt QUIPS (Quantum ultrafast integrated photonics in silicon) passte Silizium als Material für integrierte Quanten-Photonik an. Die extrem technische Arbeit umfasste die Entwicklung neuer Quellen von Photonen und ultraschneller optischer Schalter. Zunächst entwickelte das Team ein Design für den optischen Schalter. Die Ergebnisse waren ermutigend, aber die den Projektforscher zur Verfügung stehenden Lasereinrichtungen erwiesen sich zunächst als unzureichend. Die Gruppe untersuchte verschiedene Lösungen wie etwa die Verwendung von Nicht-Silizium-Materialien und Verfahren zur Vermeidung oder Reduzierung von nichtlinearen Verlusten. Schließlich entschied sich das Team für ein alternatives Mittel zur Herstellung eines elektrooptischen Effekts, wofür ein neues Verfahren zur Herstellung von Titanat-Barium (BTO) erforderlich war. Das Verfahren war billig, skalierbar und ermöglichte die Abscheidung von dünnen Filmen. In Tests erwies sich das Material als zufriedenstellend. Die Gruppe entwickelte auch Wege, um BTO mit Silizium-Wellenleitern zu integrieren und den elektrooptischen Koeffizienten zu verbessern. Das Verfahren bot eine schnelle und verlustarme Schalttechnik für kryogene Temperaturen. Später ging es darum, das Design des Systems für die Steuerung von Photonen zu modifizieren. Das Team demonstrierte die Durchführbarkeit des Designs im Bereich der klassischen Optik und im Einzelphotonen-Regime. Die Forschung benötigte Photonen in einer einzigen Bandbreite, und die Arbeit führte zu einem Gerät, das solche Photonen liefern konnte. Bei Abschluss des Projekts waren noch Demonstrationen im Gange. Weitere Tests bestätigten, dass die neuen Technologien einen Wirkungsgrad von über 90% erzielen. So erwiesen sich die Systeme als robust und für den beabsichtigten Zweck geeignet. Das QUIPS-Projekt vereinte erfolgreich Photonik mit herkömmlichen Silizium-Schaltungen. Die Arbeit zog große Aufmerksamkeit in dem Bereich auf sich und kann einen Schritt in Richtung eines Quanten-Computing mit extrem hoher Performance darstellen.
Schlüsselbegriffe
Photonik, Siliziumchips, QUIPS, Quanten, Photonen, Schaltern
