チップの集積回路で光はどのように伝播するか

February, 16, 2024, Haifa--テクニオン(Technion)の研究チームは、チップの集積回路での光の伝播の仕方についての疑問に答え、通信、イメージング、量子コンピューティングにおける新しいアプリケーションへの道を切り開いている。

フォトニック集積回路の分野では、フォトニック素子の小型化とフォトニックチップへの集積化(電子回路で使用される電子ではなく、光子を使用してさまざまな計算を実行する回路)に焦点を当てている。

シリコンベースのフォトニクスは、データセンタ、人工知能、量子コンピューティングなどに関連する発展途上の分野である。これにより、チップ性能が大幅に向上し、電子機器の世界でチップから出回っているのとまったく同じ原材料をベースにしているため、費用対効果が大幅に向上する。

とは言え、リソグラフィ製造プロセスが十分に発達しており、目的のデバイスの正確な製造が可能になっているにもかかわらず、これらの機器はチップの光学特性を正確にマッピングすることはできない。これには、重要な能力である内部光の動きが含まれる。つまり、デバイスの小さな寸法のために製造上の欠陥や不正確さの影響をモデル化することが困難であるからである。

テクニオンのAndrew Viterbi and Erna Viterbi Faculty of Electrical and Computer Engineeringの研究者による新しい論文は、この課題に取り組み、チップ上のフォトニック回路における高度な光イメージングを示している。学術誌「Optica」に掲載されたこの研究は、先端フォトニック研究所の所長Guy Bartal教授と博士課程の学生Matan Iluzが主導し、Amir Rosenthal教授の研究グループと共同で行われた。大学院生Kobi Cohen、Jacob Kheireddine、Yoav Hazan、Shai Tsessesもこの研究に参加した。
研究チームは、シリコンの光学特性を利用して、チップを乱したり変化させたりする侵襲的な作用を必要とせずに、光の伝搬をマッピングした。このプロセスには、光波の電場のマッピングと、光の動きに影響を与える要素(導波路とビームスプリッタ)の定義が含まれる。
テクニオンの研究チームが開発したプロセスは、チップを損傷したり、データを失うことなく、フォトニックチップ内の光のリアルタイム画像とビデオ記録を提供する。この新しいプロセスにより、通信、高性能コンピューティング、機械学習、距離測定、医用画像、センシング、量子コンピューティングなど、様々な分野でフォトニックチップの設計、製造、最適化プロセスが改善されることが期待される。

この研究は、テクニオンのHelen Diller Quantum Center、テクニオンのMicroelectronics and Nanoelectronics Research Center、およびイスラエル科学人文科学アカデミーの支援を受けている。