Skip to content
Home » Nieuwe techniek om geluidsgolven en licht op een chip op te vangen in grootschalige circuits

Nieuwe techniek om geluidsgolven en licht op een chip op te vangen in grootschalige circuits

    Nieuwe techniek om geluidsgolven en licht op een chip op te vangen in grootschalige circuits
    Nieuwe techniek om geluidsgolven en licht op een chip op te vangen in grootschalige circuits

    Begeleid-akoestische Brillouin-verstrooiing in meerlagige siliciumnitride-golfgeleiders. (A) artistieke weergave van de meerlagige siliciumnitride-golfgeleider, die het verbeterde achterwaartse SBS-proces toont met de akoestische golf die tussen de siliciumnitridelagen wordt geleid. (B) Gesimuleerde optische modi en akoestische reacties van respectievelijk de SDS- en ADS-golfgeleiders. SDS en ADS zijn twee varianten van de meerlagige siliciumnitride-golfgeleiders. (C) De berekende Brillouin-versterkingscoëfficiënten van de standaard SDS- en ADS-golfgeleiders. De SDS-golfgeleider toont verbeterde SBS met een versterkingscoëfficiënt die drie tot vijf keer groter is dan eerder aangetoond in siliciumnitride, terwijl de ADS-golfgeleider geremde SBS toont, met een Brillouin-versterkingscoëfficiënt van minder dan 0,1 m−1 W−1. Credit: wetenschappelijke vooruitgang (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abq2196

    In de afgelopen decennia zijn chips en elektronische apparaten exponentieel kleiner en sneller geworden. Ingenieurs hebben bijna de grenzen van traditionele elektronica bereikt en zijn nu bezig met de overgang van elektronica naar fotonica, waarbij ze licht gebruiken in plaats van elektronen. Op deze schaal ontstaan ​​allerlei nieuwe uitdagingen. Zo kunnen de kleinste interferenties of kwantumeffecten signalen vervormen en onbruikbaar maken. Nu heeft een onderzoeksteam van de Universiteit Twente een nieuwe oplossing toegevoegd aan de fotonische toolbox.


    Het filteren, versterken en verwerken van optische signalen is essentieel bij de ontwikkeling van nieuwe telecommunicatietechnieken, kwantumoptica en sensoren. Een manier om dit effectief te doen, is door een coherente optomechanische interactietechniek te gebruiken die gestimuleerde Brillouin-verstrooiing wordt genoemd. Bij deze techniek genereren twee nauwkeurig afgestemde lasers een geluidsgolf met frequenties die 1 miljoen keer hoger zijn dan de menselijke gehoordrempel en vangen deze op in een golfgeleider. Licht dat door de golfgeleider wordt gestuurd, interageert met de geluidsgolf, die een heel klein en specifiek deel van het lichtspectrum zal reflecteren; het signaal effectief filteren.

    “Hoewel Brillouin-verstrooiing de afgelopen jaren uitgebreid is bestudeerd, zou het nooit betrouwbaar kunnen worden geïmplementeerd op een chip die geschikt is voor gebruik in ons dagelijks leven”, vertelt prof. David Marpaung, professor aan het hoofd van de onderzoeksgroep Nonlinear Nanophotonics. “Het is erg moeilijk gebleken om de geluidsgolf lang genoeg in een golfgeleider te vangen om effectief te zijn. ‘Akoestische lekkage’ is een groot probleem in traditionele op silicium gebaseerde platforms die sterke Brillouin-interacties voorkomen. En alternatieve materialen zijn vaak onstabiel, kwetsbaar of zelfs giftig.”

    Doorbraak met meerlagige siliciumnitride golfgeleider

    Het onderzoeksteam van de Universiteit Twente heeft verliesarm meerlaags siliciumnitride (Si3N4) nanofotonische circuits om zowel de optische als de akoestische golven te beperken. Deze circuits bestaan ​​uit 50 cm lange spiraalvormige golfgeleiders. Deze opstelling vangt de geluidsgolf op en voorkomt de akoestische lekkage die optreedt bij het gebruik van een enkele kern van siliciumnitride. Naast veelbelovende resultaten in hun experimentele opstelling, produceerden de onderzoekers een werkend proof of concept en andere praktische implementaties. Roel Botter, eerste auteur van het artikel, zegt: “We hebben een RF-annuleringsnotch-filter gedemonstreerd en de resultaten laten een groot potentieel zien voor toekomstige gestimuleerde Brillouin-verstrooiing op een siliciumnitride-chip.”

    Marpaung voegt toe: “Ons onderzoek maakt integratie van gestimuleerde Brillouin-verstrooiing in grote circuits mogelijk. Deze nieuwe chips kunnen worden geïntegreerd met andere opkomende technologieën zoals afstembare lasers, frequentiekammen en programmeerbare fotonische circuits, waardoor ze mogelijk een rol spelen in de toekomstige ontwikkeling van gebieden variërend van telecommunicatie tot kwantumcomputing.”

    Het onderzoekspaper, gepubliceerd op 10 oktober. 7 inch wetenschappelijke vooruitgang, is het resultaat van een 4-jarige studie naar de haalbaarheid van gestimuleerde Brillouin-verstrooiing in siliciumnitride fotonische circuits. Het onderzoek vond plaats bij het MESA+ instituut van de Universiteit Twente, in samenwerking met Dr. Yang Liu, wetenschapper bij het laboratorium voor fotonica en kwantummetingen bij EPFL in Zwitserland. De siliciumnitridechips worden geproduceerd door LioniX International, een spin-off van de Universiteit Twente en een onmisbare partner in het onderzoeksproces.


    Vormgeven van radiosignalen met behulp van licht


    Informatie:
    Roel Botter et al, Begeleid-akoestisch gestimuleerde Brillouin-verstrooiing in siliciumnitride fotonische circuits, wetenschappelijke vooruitgang (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abq2196

    Aangeboden door Universiteit Twente

    citaten: Nieuwe techniek om geluidsgolven en licht op een chip te vangen in grootschalige circuits (2022, 10 oktober) opgehaald op 10 oktober 2022 van https://phys.org/news/2022-10-technique-soundwaves-chip-large-scale -circuits.html

    Op dit document rust copyright. Afgezien van een eerlijke handel ten behoeve van eigen studie of onderzoek, mag niets worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud wordt uitsluitend ter informatie verstrekt.