Innovatieve fabricagemethode van herprogrammeerbare fotonische circuits

Met behulp van gehydrogeneerd amorf silicium en het bijbehorende Staebler-Wronski effect (SWE) hebben onderzoekers herconfigureerbare PIC’s gecreëerd. Hun onderzoek is gepubliceerd in Advanced Optical Materials.

Onderzoeksleider Oded Raz: "Dit is de eerste demonstratie ter wereld van een herconfigureerbare PIC, waarbij het gekozen materiaal voor het maken van de geïntegreerde optische schakeling wordt geprogrammeerd. Het belangrijkste voordeel hiervan is dat de tijd om een prototype te maken veel korter en veel nauwkeuriger is, in vergelijking met de huidige methoden. Deze aanpak stelt de gebruiker in staat om de functionaliteit van een PIC eenvoudig te programmeren en tegelijkertijd kleine fouten in het fabricageproces te corrigeren. Je stelt gewoon de functionaliteit af en je bent er!"

Een PIC-apparaat wordt met deze methode geprogrammeerd door verwarmers te plaatsen op een vooraf verlicht apparaat. Dezelfde verwarmers kunnen het apparaat ook resetten en terugbrengen naar een toestand die gemakkelijk kan worden geherprogrammeerd. Dit bevordert herbruikbaar en duurzaam gebruik van materialen.

Extra voordeel: het rendement van bestaande fabricagemethodes van PIC’s is doorgaans zeer laag. Onderzoeker Mohir Asif Mohammed "Onze methode kan deze opbrengst aanzienlijk verbeteren."

Experimenten

Om de effectiviteit van de blootstelling aan licht en verwarming van a-Si:H te beoordelen, als het gaat om het afstemmen van de optische eigenschappen, overwogen de onderzoekers eerst een proof-of-concept experiment. Hierbij bestudeerden ze veranderingen in de brekingsindex van een dunne laag a-Si:H op een siliciumsubstraat. Het materiaal onderging cycli van verwarming (gedurende vier uur in het donker in een stikstofatmosfeer) en lichtbehandelingen (via een afstembare laser in het nabij-infraroodbereik). Het experiment toonde een omkeerbare brekingsindexverandering van ongeveer 0,001 – een belangrijke vereiste voor de vervaardiging van herconfigureerbare PIC’s.

Vervolgens liet ook een herconfigureerbare optische schakelaar op basis van een micro-ringresonator (MRR) een herhaalbare omkeerbaarheid zien bij het ondergaan van cycli van licht- en warmtebehandelingen. En om tenslotte de oorzaak van de omkeerbare refractie-indexveranderingen beter te begrijpen, onderzochten de onderzoekers variaties in de structuur van een 1-dimensionaal membraan, waarbij de belangrijkste bijdrage aan de schakeltoestanden van het MRR-apparaat metastabiele volumetrische uitzetting blijkt te zijn.