Wetenschappers hebben een AI-algoritme gebruikt om drie componenten voor fotonische microchips te ontwerpen die tot 500 keer kleiner zijn dan conventionele versies. De onderzoekers noemden de resultaten "voorbij menselijke intuïtie".
Fotonische chips verplaatsen en verwerken data met lichtdeeltjes in plaats van elektronen. Ze kunnen meer data bij hogere snelheden vervoeren en minder energie als warmte verspillen, wat ze nuttig maakt voor glasvezelnetwerken, datacenters, AI-systemen, lidar en kwantumcomputing.
In plaats van metaaldraden gebruiken deze chips golfgeleiders van micrometers breed om licht te sturen. Ze hebben ook golflengtesplitsers, ruimtelijke modesorteerders en spiegels nodig om lichtpatronen te scheiden en te richten binnen een oppervlak van een fractie van een mensenhaar breed.
Terugwerken om een ontwerp te vinden
Het team, geleid door onderzoekers van het Max Planck Institute for the Science of Light met Harvard University, vertelde het algoritme wat de componenten met licht moesten doen en stelde productielimieten in, zoals hoe scherp de nanostructuren mochten buigen. Het algoritme werkte vervolgens terug, testte en verfijnde ontwerpen tot het structuren vond die het doel haalden.
"Inverse design laat ons definiëren wat we willen dat licht doet, en de optimalisatie vindt een structuur die dat doet, vaak een die geen mens zou hebben getekend," zei eerste auteur Toby Bi. Hij voegde toe dat hetzelfde raamwerk drie verschillende taken op één chip aankon: licht routeren op golflengte, sorteren op ruimtelijke mode en werken als compacte spiegels die optische holtes vormen.
Kleinere onderdelen, meer ruimte op de chip
De spiegels, ongeveer 11 micrometer lang, weerkaatsten tot 98,5% van het inkomende licht en blokkeerden ongewenste patronen. Licht stuiterde meer dan 100 keer tussen een paar spiegels voordat het ontsnapte. De golflengtesplitser is ongeveer zo groot als een enkele bacterie, ongeveer 5 micrometer breed, en de modesorteerder is iets groter.
De componenten zijn gemaakt van siliciumnitride van ongeveer 400 tot 800 nanometer dik, vergeleken met 150 tot 400 nanometer voor standaard silicium, wat lichtverlies vermindert en golflengtes strakker opsluit. De bevindingen verschenen op 28 mei in Nature Communications.
Het team heeft de onderdelen nog niet gecombineerd tot een compleet geïntegreerd optisch circuit. Dat is de volgende stap naar volledig functionele fotonische chips die profiteren van de hogere componentdichtheid die deze ontwerpen mogelijk maken.
---
Betrouwbare ferrofluid-vacuümroterende doorvoer voor halfgeleiderproductie
Bij de productie van halfgeleiders is het handhaven van ultrahoog-vacuümintegriteit tijdens roterende beweging cruciaal — van eenkristalgroei van silicium en CVD tot sputteren en plasma-etsen. Ferrofluid Vacuum Rotary Shaft Feedthrough van FerrofluidTec levert hermetisch afgesloten roterende doorvoeren met lekpercentages tot 10⁻¹² Pa·m³·s⁻¹, vacuüm tot 10⁻⁶ Pa en aanpasbare asdiameters van 10 mm tot 100 mm. Gebouwd met niet-magnetische roestvrijstalen behuizingen en assen van magnetisch permeabel roestvrij staal bieden deze doorvoeren betrouwbare, onderhoudsvrije afdichting voor veeleisende vacuümomgevingen. Bezoek www.ferrofluidtec.com voor meer informatie.