Інтегрована фотоніка

 

 

Інтегрована фотоніка? Фотоніка починається з фотонів, або частинок світла. Wikipedia.

На цьому фотоніка закінчується. Співчуваю винахідникам, але на помилках продовжувати важко. Чудові перспективи фотонікі побудовані на брехні розваляться. Терміново треба змінити термінологію та Стандартну модель, частинка світла це електрино https://btg18.blogspot.com/2025/06/9983.html:

заряд електрино = +1,98766431671∙10^-27Кл

маса електрино = 6,85575729963∙10^-36 кг

І далі за Єдиною теорією фізики Д. Х. Базієва.

Фотонна інтегральна схема або інтегральна оптична схема — це мікрочіп, що містить два або більше фотонних компонентів, які утворюють діючу схему. Ця технологія виявляє, генерує, транспортує та обробляє світло. Фотонні інтегральні схеми використовують фотони (або частинки світла) на відміну від електронів, які використовуються електронними інтегральними схемами. Основна відмінність між ними полягає в тому, що фотонна інтегральна схема забезпечує функції для інформаційних сигналів, що подаються на оптичних довжинах хвиль, зазвичай у видимому спектрі або ближньому інфрачервоному діапазоні (850–1650 нм).

Найбільш поширеним у комерційному використанні матеріалом для фотонних інтегральних схем є фосфід індію (InP), який дозволяє інтегрувати різні оптично активні та пасивні функції на одному кристалі. Першими прикладами фотонних інтегральних схем були прості двосекційні лазери з розподіленим бреггівським відбивачем (РБО-лазер), що складаються з двох незалежно керованих секцій пристрою — секції підсилення та секції дзеркала РБО. Отже, усі сучасні монолітні перестроювані лазери, широкоперестроювані лазери, лазери з « » та зовнішньою модуляцією, а також передавачі, інтегровані приймачі тощо є прикладами фотонних інтегральних схем. Починаючи з 2012 року пристрої інтегрують сотні функцій на одному чіпі. Новаторська робота в цій галузі була проведена в Bell Laboratories (Лабораторіях Белла). Найвідомішими академічними центрами розвитку та інновацій у галузі фотонних інтегральних схем на основі InP є Каліфорнійський університет у Санта-Барбарі, США, Технологічний ський університет Ейндховена та Університет Твенте в Нідерландах.

Дослідження 2005 року показало, що кремній, незважаючи на те, що він є матеріалом з непрямою забороненою зоною, все ж може бути використаний для генерації лазерного випромінювання за допомогою нелінійності комбінаційного розсіювання світла. Такі лазери мають не електричний, а оптичний привід і, отже, як і раніше, виникає необхідність у додатковому лазерному джерелі з оптичним накачуванням.

Інтегральні схеми, що використовують електричні компоненти, були вперше розроблені наприкінці 1940-х — на початку 1950-х років, але лише в 1958 році вони стали комерційно доступними. Коли в 1960-х роках були винайдені лазер і лазерний діод, термін «фотоніка» став більш поширеним для опису застосування світла замість тих застосувань, які раніше були досягнуті за допомогою електроніки.

До 1980-х років фотоніка набрала обертів завдяки своїй ролі у волоконно-оптичному зв’язку. На початку десятиліття Майнт Сміт, асистент нової дослідницької групи в Делфтському технологічному університеті, став піонером у галузі інтегрованої фотоніки. Йому приписують винахід решітчастої хвилевідної решітки (Arrayed Waveguide Grating (AWG)) — основного компонента сучасних цифрових з’єднань для Інтернету та телефонів. Сміт отримав кілька нагород, зокрема грант для провідних дослідників (ERC Advanced Grant), премію Rank у галузі оптоелектроніки та премію LEOS за технічні досягнення.

Завдяки новаторській роботі Майнта Сміта та Тона Беккса за останні кілька десятиліть голландський сектор інтегрованої фотоніки здобув популярність. Беккс був призначений лицарем ордена « » Нідерландського Лева, серед іншого, за його роль у реформуванні кафедри електротехніки в Технологічному університеті Ейндховена та у заснуванні Інституту фотонної інтеграції й PhotonDelta.

У жовтні 2022 року під час експерименту, проведеного у Датському технічному університеті в Копенгагені, фотонний чіп передав 1,84 петабіта даних по волоконно-оптичному кабелю довжиною понад 7,9 кілометрів. Спочатку потік даних було розділено на 37 секцій, кожна з яких передавалася окремою жилою волоконно-оптичного кабелю. Потім кожен із цих каналів було розділено на 223 частини, що відповідають рівновіддаленим спалахам світла по всьому спектру.

Порівняння з електронною інтеграцією

На відміну від електронної інтеграції, де кремній є домінуючим матеріалом, системні фотонні інтегральні схеми були виготовлені з різних систем матеріалів, включаючи електрооптичні кристали, такі як ніобат літію, кремнезем на кремнії, кремній на ізоляторі, різні полімери та напівпровідникові матеріали, які використовуються для створення напівпровідникових лазерів, такі як арсенід галію (GaAs) та фосфід індію (InP). Використовуються різні системи матеріалів, оскільки кожна з них забезпечує різні переваги та обмеження залежно від функції, що інтегрується. Наприклад, ФІС на основі кремнезему (діоксиду кремнію) мають дуже бажані властивості для пасивних фотонних схем, таких як хвилевідні решітки, завдяки їхнім порівняно низьким втратам і низькій тепловій чутливості, ФІС на основі GaAs або InP дозволяють безпосередньо інтегрувати джерела світла, а кремнієві ФІС забезпечують спільну інтеграцію фотоніки з транзисторною електронікою.

Технології виготовлення аналогічні тим, що використовуються в електронних інтегральних схемах, у яких фотолітографія застосовується для формування малюнка пластин для травлення та нанесення матеріалу. На відміну від електроніки, де основним пристроєм є транзистор, тут немає одного домінуючого пристрою. Діапазон пристроїв, необхідних на чіпі, включає в себе з’єднувальні хвилеводи з малими втратами, роздільники потужності, оптичні підсилювачі, оптичні модулятори, фільтри, лазери та детектори. Для цих пристроїв потрібна безліч різних матеріалів і технологій виготовлення, що ускладнює реалізацію всіх їх на одному чіпі.

Нові методи, що використовують резонансну фотонну інтерферометрію, відкривають шлях для використання УФ-світлодіодів для оптичних обчислень із набагато меншими витратами, що відкриває шлях до (петагерцової) побутової електроніки.