Il campo dell'integrazione fotonica, l'area della fotonica in cui guide d'onda e dispositivi sono fabbricati come un sistema integrato su un wafer piatto, è relativamente giovane rispetto all'elettronica. L'integrazione fotonica si è concentrata su applicazioni di comunicazione tradizionalmente fabbricate su chip di silicio, perché questi sono meno costosi e più facilmente fabbricabili.

I ricercatori stanno esplorando nuove piattaforme di guida d'onda promettenti che forniscono gli stessi vantaggi per le applicazioni che operano nello spettro dall'ultravioletto all'infrarosso. Queste piattaforme consentono una gamma molto più ampia di applicazioni, come la spettroscopia per il rilevamento chimico, metrologia e calcolo di precisione.

Un documento in APL Photonics, da AIP Publishing, fornisce una prospettiva del campo delle piattaforme di guida d'onda fotoniche a banda ultralarga basate su semiconduttori ad ampio bandgap. Queste guide d'onda e circuiti integrati possono realizzare efficienti dal punto di vista energetico, soluzioni compatte, e spostare parti chiave di sistemi ad altissime prestazioni sulla bilancia per chip invece di grandi strumenti da tavolo in un laboratorio.

Fino ad ora, componenti chiave e sottosistemi per applicazioni, come gli orologi atomici, comunicazioni quantistiche e spettroscopia ad alta risoluzione, sono costruiti in rack e su tavoli. Ciò è stato necessario perché operano a lunghezze d'onda non accessibili alle guide d'onda di silicio a causa della sua banda proibita inferiore e altre proprietà di assorbimento nell'UV fino al vicino IR che riducono le capacità di gestione della potenza ottica, tra gli altri fattori.

Daniel J. Blumenthal e il suo team a Santa Barbara, California, hanno studiato piattaforme di integrazione fotonica basate su guide d'onda fabbricate con semiconduttori ad ampio bandgap che hanno perdite di propagazione ultrabasse.

"Ora che il mercato del silicio è stato affrontato per le telecomunicazioni e le applicazioni LIDAR, stiamo esplorando nuovi materiali che supportano un'entusiasmante varietà di nuove applicazioni a lunghezze d'onda non accessibili alle guide d'onda di silicio, " ha detto Blumenthal. "Abbiamo scoperto che le piattaforme di guida d'onda più promettenti sono il nitruro di silicio, tantala (pentossido di tantalio), nitruro di alluminio e allumina (ossido di alluminio)."

Ogni piattaforma ha il potenziale per affrontare diverse applicazioni come il nitruro di silicio per le transizioni atomiche dal visibile al vicino IR, pentossido di tantalio per la spettroscopia Raman o ossido di alluminio per le interazioni UV con gli atomi per il calcolo quantistico.

Applicazioni, come gli orologi atomici nei satelliti e le interconnessioni di data center ad alta capacità di nuova generazione, può anche trarre vantaggio dall'inserimento di funzioni come laser a larghezza di riga ultra ridotta su dispositivi leggeri, chip a basso consumo. Questa è un'area di maggiore attenzione poiché l'esplosione della capacità del data center spinge le tradizionali interconnessioni in fibra ai limiti di potenza e spazio.

Blumenthal ha affermato che l'integrazione fotonica di prossima generazione richiederà piattaforme di circuiti fotonici a banda ultra larga che scalano dall'UV all'IR e offrono anche un ricco set di funzioni di circuiti lineari e non lineari, nonché capacità di gestione a bassissima perdita e ad alta potenza.