O campo de integração fotônica - a área da fotônica na qual guias de ondas e dispositivos são fabricados como um sistema integrado em uma placa plana - é relativamente jovem em comparação com a eletrônica. A integração fotônica tem se concentrado em aplicativos de comunicação tradicionalmente fabricados em chips de silício, porque são mais baratos e mais fáceis de fabricar.

Os pesquisadores estão explorando novas plataformas de guia de ondas promissoras que fornecem esses mesmos benefícios para aplicações que operam no espectro ultravioleta ao infravermelho. Essas plataformas permitem uma gama muito mais ampla de aplicativos, como espectroscopia para detecção química, metrologia e computação de precisão.

Um artigo em APL Photonics, da AIP Publishing, fornece uma perspectiva do campo de plataformas de guia de onda fotônica de banda ultralarga com base em semicondutores de gap largo. Esses guias de ondas e circuitos integrados podem ter eficiência de energia, soluções compactas, e mover as partes principais dos sistemas de ultra-alto desempenho para a escala do chip, em vez de grandes instrumentos de mesa em um laboratório.

Até agora, principais componentes e subsistemas para aplicativos, como relógios atômicos, comunicações quânticas e espectroscopia de alta resolução, são construídos em racks e em tampos de mesa. Isso foi necessário porque eles operam em comprimentos de onda não acessíveis aos guias de onda de silício devido ao seu menor intervalo de banda e outras propriedades de absorção de UV para infravermelho próximo que reduzem as capacidades de manuseio de energia óptica, entre outros fatores.

Daniel J. Blumenthal e sua equipe em Santa Bárbara, Califórnia, pesquisaram plataformas de integração fotônica baseadas em guias de onda fabricados com semicondutores de largo bandgap que apresentam perdas de propagação ultrabaixas.

"Agora que o mercado de silício foi direcionado para aplicações de telecomunicações e LIDAR, estamos explorando novos materiais que suportam uma variedade interessante de novas aplicações em comprimentos de onda não acessíveis a guias de onda de silício, "disse Blumenthal." Descobrimos que as plataformas de guia de ondas mais promissoras são o nitreto de silício, tantala (pentóxido de tântalo), nitreto de alumínio e alumina (óxido de alumínio). "

Cada plataforma tem o potencial de abordar diferentes aplicações, como nitreto de silício para transições atômicas de visível para infravermelho próximo, pentóxido de tântalo para espectroscopia raman ou óxido de alumínio para interações de UV com átomos para computação quântica.

Formulários, como relógios atômicos em satélites e interconexões de data center de alta capacidade de próxima geração, também pode se beneficiar da colocação de funções como lasers de largura de linha ultrabaixo em equipamentos leves, chips de baixa potência. Esta é uma área de maior foco, pois a capacidade explosiva do data center leva as interconexões de fibra tradicionais às suas limitações de energia e espaço.

Blumenthal disse que a integração fotônica de próxima geração exigirá plataformas de circuito fotônico de banda ultralarga que escalem de UV a IV e também ofereçam um conjunto rico de funções de circuito linear e não linear, bem como recursos de perda ultrabaixa e manuseio de alta potência.