В современной электронике диоды и транзисторы играют ключевую роль, усиливая сигналы в интегральных схемах. Аналогично, в кремниевой фотонике функции транзисторов выполняют оптические усилители и изоляторы. В будущем оптический изолятор станет важнейшим элементом фотонных интегральных схем, выполняя роль оптического диода. Эти устройства востребованы в оптических приемопередающих модулях для ЦОДов, в технологиях Co-Packaged Optics, оптических нейросетях, квантовых вычислениях и LiDAR-системах для автономных автомобилей. Они обеспечивают оптические межсоединения и гибридные интегральные схемы для высокоскоростной передачи мощных сигналов между электронными компонентами.
Компания PhotoniSol Inc. недавно продемонстрировала успешную интеграцию монолитных оптических изоляторов с магнитооптическими пленками на кремниевых волноводах, которые можно производить на стандартных КМОП-линиях. Оптические изоляторы — важные компоненты фотонных интегральных схем — предотвращают обратное отражение лазерного излучения, стабилизируя работу лазеров и улучшая передачу сигнала. Совместимость с КМОП-техникой особенно важна для интеграции лазерных диодов, усилителей и модуляторов.
До сих пор создание эффективных интегрируемых оптических изоляторов сталкивалось с проблемами из-за высоких оптических потерь (более 15 дБ), связанных с тонкими кремниевыми слоями и ограничениями традиционных материалов. Новые решения на основе нитрида кремния показывали улучшения, но имели трудности с формированием волновых каналов из-за низкого показателя преломления.
PhotoniSol предложила инновационные чипы с толстыми кремниевыми волноводами и магнитооптическим покрытием, нанесённым методом распыления, распространённым в КМОП-производстве. Эти разработки, опубликованные в научных журналах, указывают на возможность масштабного производства и применения монолитных оптических изоляторов в высокоинтегрированных фотонных микросхемах, что открывает перспективы для следующего поколения оптоэлектронных технологий.
