Połączenie układów krzemowych i fotoniki
Fotoniczne technologie komunikacyjne wykorzystują fotony i światłowody, w podobny sposób jak urządzenia elektroniczne wykorzystują elektrony i przewody. Mimo dużych sukcesów fotoniki nadal nie udało się rozwiązać szeregu problemów, na przykład dotyczących połączenia technologii optycznych z układami krzemowymi. W ramach projektu QUIPS (Quantum ultrafast integrated photonics in silicon), finansowanego ze środków UE, zaadaptowano krzem jako materiał do budowy kwantowych fotonicznych układów scalonych. W niezwykle zaawansowanych z technicznego punktu widzenia pracach zbudowano nowe źródła fotonów oraz ultraszybkie przełączniki optyczne. W pierwszej kolejności zespół opracował projekt przełącznika optycznego. Wyniki były zachęcające, jednak laboratoria laserowe, jakimi początkowo dysponowali badacze, okazały się niewystarczające. Zespół przeanalizował szereg rozwiązań, takich jak zastosowanie materiałów niekrzemowych oraz metod umożliwiających wyeliminowanie lub zmniejszenie strat nieliniowych. Ostatecznie wybrano alternatywną metodę uzyskiwania efektu elektrooptycznego, wymagającą zastosowania nowego procesu wytwarzania tytanianu baru (BTO). Metoda ta jest tania, skalowalna i umożliwia osadzanie cienkich warstw. Testy materiału wypadły zadowalająco. Zespół opracował też metody umożliwiające integrację BTO z falowodem krzemowym oraz poprawę współczynnika elektrooptycznego. W ten sposób powstała szybka i niskostratna technika przełączania, działająca w temperaturach kriogenicznych. Na późniejszym etapie zmodyfikowano budowę systemu kontrolowania fotonów. Zespół wykazał prawidłowe działanie systemu w optyce klasycznej oraz w układzie pojedynczych fotonów. Badania wymagały zastosowania fotonów o pojedynczym paśmie, a uczeni zbudowali urządzenie umożliwiające dostarczanie takich fotonów. W chwili zakończenia projektu prowadzone były testy demonstracyjne. Inne testy potwierdziły, że nowe technologie osiągają sprawność ponad 90%. Oznacza to, że systemy te są sprawne i nadają się do użytku zgodnie ze swoim przeznaczeniem. W ramach projektu QUIPS połączono fotonikę z konwencjonalnymi układami krzemowymi. Prace cieszyły się dużym zainteresowaniem w środowisku naukowym i mogą stanowić ważny krok na drodze do budowy komputerów kwantowych.
Słowa kluczowe
Fotonika, układy krzemowe, QUIPS, kwantowe, fotony, przełączniki
