Miniaturizando chips fotónicos

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Los circuitos integrados fotónicos que utilizan la luz en lugar de la electricidad para la computación y el procesamiento de señales prometen una mayor velocidad, un mayor ancho de banda y una mayor eficiencia energética que los circuitos tradicionales que emplean la electricidad.

Pero aún no son lo suficientemente pequeños para competir en el ámbito de la computación y otras aplicaciones donde los circuitos eléctricos siguen reinando.

Unos ingenieros eléctricos de la Universidad de Rochester creen que han dado un gran paso para abordar el problema. Utilizando un material ampliamente adoptado por los investigadores fotónicos, el equipo de Rochester ha creado el modulador electro-óptico más pequeño hasta la fecha. El modulador es un componente clave de un chip basado en la fotónica, que controla cómo se mueve la luz a través de sus circuitos.

En la revista Nature Communications, el laboratorio de Qiang Lin, profesor de ingeniería eléctrica e informática, describe el uso de una fina película de niobato de litio (LN) adherida a una capa de dióxido de silicio para crear no solo el modulador LN más pequeño hasta ahora, sino también uno que opera a alta velocidad y es energéticamente eficiente.

Esto «sienta una base crucial para realizar circuitos integrados fotónicos LN a gran escala, que son de inmensa importancia para amplias aplicaciones en la comunicación de datos, la fotónica de microondas y la fotónica cuántica», escribe el autor principal Mingxiao Li, un estudiante graduado en el laboratorio de Lin.

Este dibujo esquemático muestra un modulador electro-óptico desarrollado en el laboratorio de Qiang Lin, profesor de ingeniería eléctrica e informática. Este componente, el más pequeño hasta ahora desarrollado, aprovecha el niobato de litio, un material «caballo de batalla» utilizado por los investigadores para crear circuitos integrados fotónicos avanzados. (Foto: University of Rochester illustration / Michael Osadciw)

Debido a sus extraordinarias propiedades electro-ópticas y ópticas no lineales, el niobato de litio se ha «convertido en un material de trabajo para la investigación y el desarrollo de la fotónica», dice Lin. «Sin embargo, los actuales dispositivos fotónicos de LN, fabricados sobre una plataforma de cristal grueso o de película fina, requieren grandes dimensiones y son difíciles de reducir en tamaño, lo que limita la eficiencia de la modulación, el consumo de energía y el grado de integración de los circuitos. Un desafío importante es hacer estructuras fotónicas nanoscópicas de alta calidad con gran precisión».

El proyecto del modulador se basa en el uso previo del niobato de litio por parte del laboratorio para crear una nanocavidad fotónica, otro componente clave de los chips fotónicos. Con un tamaño de solo un micrón, la nanocavidad puede sintonizar longitudes de onda usando solo dos o tres fotones a temperatura ambiente, «la primera vez que sabemos que incluso dos o tres fotones han sido manipulados de esta manera a temperatura ambiente», dice Lin. Ese dispositivo fue descrito en un artículo en la revista Optica.

El modulador podría ser usado en conjunto con una nanocavidad para crear un chip fotónico a nanoescala. (Fuente: NCYT Amazings)

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