eng
Просмотры: 244
10.05.2023
Созданный в МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА им. Н.Л.Духова» электрооптический модулятор обеспечит возможность сверхбыстрой обработки информации на базе российских фотонных интегральных схем для беспилотных комплексов, центров обработки данных и систем связи нового поколения.
Фотонные интегральные схемы стремительно меняют современный технологический ландшафт, замещая привычную электронику устройствами на новых физических принципах. Благодаря экспоненциальному росту эффективности фотонных чипов, использующих для обработки информации свет (фотоны), их начинают активно применять в системах датацентров, транспорте и биомедицине. Устройства фотоники находят свое место в современных устройствах связи, нейроморфных процессорах и гибридных супервычислителях, приложениях искусственного интеллекта и компьютерного зрения.
Для управления фотонами и проведения логических операций на интегральной схеме необходимы специальные модуляторы, преобразующие электрический сигнал в оптический. Одним из наиболее перспективных типов таких устройств являются электрооптические модуляторы, основанные на эффекте изменения оптических свойств материала при приложении к нему напряжения. Именно они позволяют получать желаемые гигагерцовые частоты управления фотонными сигналами с использованием СВЧ импульсов.
Электрооптические модуляторы для Индустрии 4.0
В рамках исследований по созданию элементной базы фотонных интегральных схем и программы «Приоритет-2030» команда НОЦ Функциональные Микро/Наносистемы (НОЦ ФМН) разработала ключевой элемент интегрального электрооптического модулятора для выполнения логических операций на чипе. Для этого была создана технология синтеза сверхтонкого материала – оксида индия-олова (ITO) с низким коэффициентом поглощения и широким диапазоном концентраций носителей заряда, а также изготовлены сложные многослойные электрооптические структуры на его основе. Новые технологии и экспериментально полученные характеристики материалов выводят российские устройства электрооптической модуляции на мировой уровень. Результаты были представлены в журнале Scientific Reports.
«Поставить мировую экономику на фотонные рельсы в одночасье невозможно. Это длинный технологический путь, который мы сегодня проходим вместе с ведущими научными группами, – отметил Илья Родионов, директор НОЦ ФМН. – Разработанные технологии модуляции света для фотонных интегральных схем формируют основу элементной базы нового поколения СВЧ-устройств кремниевой фотоники. Уже сегодня мы создаем фундамент для телекоммуникационных 6G сетей, твердотельных, а значит массовых и дешевых, лидарных комплексов и нейроморфных процессоров, реализующих сложнейшие алгоритмы нейронных сетей, приложений искусственного интеллекта и глубокого машинного обучения».
Бауманский электрооптический модулятор разработан на платформе прозрачных проводящих оксидов (TCO), которая является одним из перспективных решений для современных оптических устройств. Важнейшей задачей стало создание многослойной структуры на основе оксида индия-олова (indium tin oxide, ITO) с сильным электрооптическим эффектом и низкими вносимыми потерями. В НОЦ ФМН проведена большая исследовательская работа по управлению свойствами пленок ITO толщиной всего 10-20 нанометров, разработан метод их синтеза и изготовления многослойных структур на основе этого материала.
«В фотонных схемах свет распространяется по специальным световым субмикронным каналам – волноводам. При изготовлении активного элемента модулятора – многослойной структуры на основе оксида индия олова, диэлектрика и электродов – появляется возможность управления фазой распространяющегося света внутри волноводов. Это происходит благодаря изменению оптических характеристик многослойной структуры при приложении к ней импульсов напряжения», – дополняет Александр Бабурин, руководитель направления нанофотоники НОЦ ФМН.
Для разработки оптического модулятора потребовалось провести сотни экспериментов и измерений с дальнейшим углубленным анализом полученных данных, который, в свою очередь, лег в основу создания новых теоретических моделей. Команде НОЦ ФМН удалось не просто создать технологию, но и сформулировать физический механизм, воспользоваться которым смогут и другие технологические группы мира.
Для реализации технологии электронно-лучевого испарения пленок ITO с ионным ассистированием и последующим отжигом использовано высокотехнологичное вакуумное оборудование, спроектированное в НОЦ ФМН.
Для управления фотонами и проведения логических операций на интегральной схеме необходимы специальные модуляторы, преобразующие электрический сигнал в оптический. Одним из наиболее перспективных типов таких устройств являются электрооптические модуляторы, основанные на эффекте изменения оптических свойств материала при приложении к нему напряжения. Именно они позволяют получать желаемые гигагерцовые частоты управления фотонными сигналами с использованием СВЧ импульсов.
Электрооптические модуляторы для Индустрии 4.0
В рамках исследований по созданию элементной базы фотонных интегральных схем и программы «Приоритет-2030» команда НОЦ Функциональные Микро/Наносистемы (НОЦ ФМН) разработала ключевой элемент интегрального электрооптического модулятора для выполнения логических операций на чипе. Для этого была создана технология синтеза сверхтонкого материала – оксида индия-олова (ITO) с низким коэффициентом поглощения и широким диапазоном концентраций носителей заряда, а также изготовлены сложные многослойные электрооптические структуры на его основе. Новые технологии и экспериментально полученные характеристики материалов выводят российские устройства электрооптической модуляции на мировой уровень. Результаты были представлены в журнале Scientific Reports.
«Поставить мировую экономику на фотонные рельсы в одночасье невозможно. Это длинный технологический путь, который мы сегодня проходим вместе с ведущими научными группами, – отметил Илья Родионов, директор НОЦ ФМН. – Разработанные технологии модуляции света для фотонных интегральных схем формируют основу элементной базы нового поколения СВЧ-устройств кремниевой фотоники. Уже сегодня мы создаем фундамент для телекоммуникационных 6G сетей, твердотельных, а значит массовых и дешевых, лидарных комплексов и нейроморфных процессоров, реализующих сложнейшие алгоритмы нейронных сетей, приложений искусственного интеллекта и глубокого машинного обучения».
Бауманский электрооптический модулятор разработан на платформе прозрачных проводящих оксидов (TCO), которая является одним из перспективных решений для современных оптических устройств. Важнейшей задачей стало создание многослойной структуры на основе оксида индия-олова (indium tin oxide, ITO) с сильным электрооптическим эффектом и низкими вносимыми потерями. В НОЦ ФМН проведена большая исследовательская работа по управлению свойствами пленок ITO толщиной всего 10-20 нанометров, разработан метод их синтеза и изготовления многослойных структур на основе этого материала.
«В фотонных схемах свет распространяется по специальным световым субмикронным каналам – волноводам. При изготовлении активного элемента модулятора – многослойной структуры на основе оксида индия олова, диэлектрика и электродов – появляется возможность управления фазой распространяющегося света внутри волноводов. Это происходит благодаря изменению оптических характеристик многослойной структуры при приложении к ней импульсов напряжения», – дополняет Александр Бабурин, руководитель направления нанофотоники НОЦ ФМН.
Для разработки оптического модулятора потребовалось провести сотни экспериментов и измерений с дальнейшим углубленным анализом полученных данных, который, в свою очередь, лег в основу создания новых теоретических моделей. Команде НОЦ ФМН удалось не просто создать технологию, но и сформулировать физический механизм, воспользоваться которым смогут и другие технологические группы мира.
Для реализации технологии электронно-лучевого испарения пленок ITO с ионным ассистированием и последующим отжигом использовано высокотехнологичное вакуумное оборудование, спроектированное в НОЦ ФМН.
Комментарии читателей
