Codificare le informazioni in luce, e trasmetterlo attraverso fibre ottiche è al centro delle comunicazioni ottiche. Con una perdita incredibilmente bassa di 0,2 dB/km, le fibre ottiche in silice hanno gettato le basi delle odierne reti di telecomunicazioni globali e della nostra società dell'informazione.

Tale perdita ottica ultrabassa è ugualmente essenziale per la fotonica integrata, che consentono la sintesi, elaborazione e rilevamento di segnali ottici mediante guide d'onda on-chip. Oggi, una serie di tecnologie innovative si basano sulla fotonica integrata, compresi i laser a semiconduttore, modulatori e fotorivelatori, e sono ampiamente utilizzati nei data center, comunicazioni, rilevamento e calcolo.

I chip fotonici integrati sono generalmente realizzati in silicio che è abbondante e ha buone proprietà ottiche. Ma il silicio non può svolgere tutte le funzioni richieste nella fotonica integrata, così sono emerse nuove piattaforme materiali. Uno di questi è il nitruro di silicio (Si ₃ n ₄ ), la cui perdita ottica eccezionalmente bassa (ordini di grandezza inferiori a quella del silicio), lo ha reso il materiale di elezione per le applicazioni per le quali le basse perdite sono fondamentali, come laser a banda stretta, linee di ritardo fotonico, e fotonica non lineare.

Ora, gli scienziati del gruppo del professor Tobias J. Kippenberg della School of Basic Sciences dell'EPFL hanno sviluppato una nuova tecnologia per la costruzione di circuiti fotonici integrati al nitruro di silicio con perdite ottiche minime da record e ingombro ridotto. L'opera è pubblicata in Comunicazioni sulla natura .

Combinando nanofabbricazione e scienza dei materiali, la tecnologia si basa sul processo fotonico del Damasceno sviluppato presso l'EPFL. Utilizzando questo processo, il team ha realizzato circuiti integrati con perdite ottiche di solo 1 dB/m, un valore record per qualsiasi materiale fotonico integrato non lineare. Una perdita così bassa riduce significativamente il budget energetico per la costruzione di pettini di frequenza ottici su scala di chip ("microcomb"), utilizzato in applicazioni come ricetrasmettitori ottici coerenti, sintetizzatori a microonde a basso rumore, LiDAR, calcolo neuromorfico, e persino orologi atomici ottici. Il team ha utilizzato la nuova tecnologia per sviluppare guide d'onda lunghe un metro su chip 5x5 mm2 e microrisonatori a fattore di alta qualità. Riportano anche un'elevata resa di fabbricazione, essenziale per passare alla produzione industriale.

"Questi dispositivi a chip sono già stati utilizzati per amplificatori ottici parametrici, laser a larghezza di linea stretta e pettini di frequenza a scala di chip, " afferma il Dr. Junqiu Liu che ha guidato la fabbricazione presso il Centro di MicroNanoTechnology (CMi) dell'EPFL. "Non vediamo l'ora di vedere la nostra tecnologia utilizzata per applicazioni emergenti come LiDAR coerente, reti neurali fotoniche, e informatica quantistica".